fisión mitocondrial

La proteína Drp1 , miembro de la familia de GTPasas grandes dinamina , se transcribe a partir del gen DNM1L . El procesamiento alternativo del ARN produce al menos diez isoformas de Drp1, que regulan la fisión mitocondrial específica de cada tejido. ^{[ 6 ]} Drp1 participa en la fisión tanto de mitocondrias como de peroxisomas. El monómero plegado de Drp1 consta de cuatro regiones: cabeza, cuello, tallo y cola. La región de la cabeza es el dominio GTPasa (G), mientras que el cuello está compuesto por tres elementos de señalización de haz (BSE). El tallo consta de dos unidades que participan en tres interacciones de interfaz. Estas interacciones permiten el ensamblaje de Drp1 en oligómeros de orden superior: primero, dos monómeros se asocian en dímeros a través de parches hidrofóbicos en el tallo; luego, dos dímeros se asocian en tetrámeros; y finalmente, los tetrámeros pueden ensamblarse en estructuras oligoméricas más grandes. ^{[ 6 ]}

Aunque Drp1 no se localiza en la membrana mitocondrial, puede asociarse a ella mediante interacciones con varias proteínas adaptadoras . En células de levadura (un modelo común para estudiar la fisión mitocondrial), la proteína de membrana externa Fis1 se asocia con Mdv1 y Caf4, que a su vez reclutan a Drp1. En mamíferos, FIS1 no participa en la fisión, sino que desempeña un papel en la mitofagia . ^{[ 7 ]} En células humanas, cuatro proteínas adaptadoras pueden ayudar a reclutar a Drp1 a las mitocondrias: FIS1, MiD49, MiD51 y MFF . ^{[ 8 ] [ 9 ]} MiD51, también llamada MIEF1, puede inhibir la función de Drp1, favoreciendo la fusión mitocondrial en lugar de la fisión. ^{[ 10 ]}

La regulación de Drp1 se produce por la fosforilación de sus residuos Ser616 y Ser637. La fosforilación en Ser616 promueve la actividad de Drp1 y, por lo tanto, la fisión mitocondrial, mientras que la fosforilación en Ser637 la inhibe. La calcineurina , activada por el aumento de los niveles de iones de calcio, puede desfosforilar el sitio Ser637, promoviendo así la fisión. ^{[ 6 ]}

Las mitocondrias forman sitios de contacto con el retículo endoplasmático (RE), donde se crean sitios de preconstricción, necesarios pero no suficientes para la fisión. La formina invertida 2 (INF2), una proteína localizada en el RE, con la ayuda de SPIRE1C en las mitocondrias, ^{[ 11 ]} promueve la polimerización de actina. Los haces de actina se cruzan diagonalmente en estos sitios, reclutando miosina II, que ayuda a localizar Drp1 en las mitocondrias. ^{[ 12 ]} Los haces de actina sirven como reservorios de proteínas Drp1, proporcionando un grupo para el ensamblaje en la superficie mitocondrial. La polimerización de actina también desencadena la entrada de iones de calcio desde el RE hacia las mitocondrias, lo que resulta en la desfosforilación de Ser637 en Drp1, lo que conduce a la fisión mitocondrial.

La proteína Drp1 se ensambla típicamente en anillos compuestos por 16 monómeros que rodean la membrana mitocondrial y la constriñen. Varios anillos de Drp1 pueden formar estructuras helicoidales que tubulan la membrana. ^{[ 13 ]} Los dominios G de monómeros adyacentes de Drp1 interactúan (interacciones GG), reposicionando los sitios catalíticos para inducir la hidrólisis de GTP, lo que provoca cambios conformacionales. Estos cambios contribuyen a la escisión final de la membrana, produciendo dos mitocondrias separadas. El mecanismo exacto de la separación final de la membrana aún no se comprende completamente. ^{[ 6 ]}

El fosfatidilinositol 4-fosfato (PI(4)P) debe ser entregado a la membrana mitocondrial para que se produzca la fisión. Un método de entrega de PI(4)P a los sitios de contacto mitocondria-RE es a través del aparato de Golgi . El Golgi contiene proteínas ARF1 localizadas en sus membranas, las cuales reclutan quinasas que promueven la síntesis de PI(4)P. Posteriormente, el PI(4)P es entregado a los sitios de contacto mitocondria-RE mediante vesículas derivadas del aparato de Golgi. ^{[ 14 ]}

Los lisosomas también participan frecuentemente en la fisión mitocondrial, aunque no son esenciales para el proceso. El contacto entre mitocondrias y lisosomas está mediado por la proteína Rab7, que se asocia con los lisosomas y con una proteína de la membrana mitocondrial externa llamada TBC1D15. Antes de que se produzca la fisión, Rab7 se disocia de los lisosomas mediante la hidrólisis de GTP. Además, se producen contactos entre el RE y los lisosomas, que también dependen de Rab7. Un subconjunto de estos contactos está mediado por la proteína 1L relacionada con la proteína de unión a oxiesteroles (ORP1L). ORP1L interactúa con los lisosomas a través de Rab7 y con el RE a través de las proteínas asociadas a VAMP (VAP). Esto forma puntos de contacto triples entre las mitocondrias, el RE y los lisosomas.

Los lisosomas son reclutados por el RE solo después de que Drp1 haya sido reclutado a la membrana mitocondrial (el reclutamiento de Drp1 ocurre después de la preconstricción). ORP1L también es necesario para transferir PI(4)P de los lisosomas a las mitocondrias. Por lo tanto, el PI(4)P se entrega a las mitocondrias tanto desde el Golgi como desde los lisosomas. Aún no está claro si ambos orgánulos suministran PI(4)P para diferentes propósitos durante la fisión mitocondrial, en diferentes etapas del proceso, o si contribuyen a formas distintas de fisión mitocondrial en general. ^{[ 15 ]}

Hallazgos recientes sugieren que las mitocondrias experimentan dos mecanismos distintos de fisión. En una red mitocondrial alargada, la fisión puede ocurrir cerca del centro (en la zona media) o hacia uno de los extremos (la periferia). Las divisiones en la zona media y periférica parecen estar asociadas con diferentes procesos celulares. La división en la zona media está vinculada a la biogénesis mitocondrial, que ocurre cuando la célula prolifera y requiere un mayor número de mitocondrias. En cambio, la división periférica se asocia con la eliminación de mitocondrias dañadas de la red, las cuales son sometidas a autofagia o mitofagia, lo que conduce a su degradación.

La división periférica suele ir precedida de concentraciones elevadas de especies reactivas de oxígeno (ROS), así como de una reducción del potencial de membrana y del pH. Estos dos tipos de fisión están regulados por mecanismos moleculares distintos. Durante la división periférica, la proteína adaptadora FIS1 es la principal responsable del reclutamiento de Drp1, mientras que durante la división de la zona media, la proteína adaptadora MFF desempeña un papel clave en el reclutamiento de Drp1. Curiosamente, MiD49 y MiD51 participan en ambas formas de división. Además, los sitios de contacto lisosomal con las mitocondrias solo se observan durante la división periférica. ^{[ 16 ]}