Identification and characterization of a novel MICU1 splice variant

La capacità dei mitocondri di accumulare Ca2+ riveste un ruolo cruciale nella regolazione di numerosi processi fisiologici [1]. Negli ultimi cinque anni, la caratterizzazione dell’identità molecolare e funzionale del complesso dell’uniporto mitocondriale per il calcio (MCU) ha delineato questo canale come uno dei canali più complessi finora descritti [2]. Questa scoperta rivoluzionaria ha inaugurato una nuova era per lo studio del ruolo del Ca2+ mitocondriale nella fisiologia cellulare e ha permesso di approfondire i meccanismi di regolazione tessuto-specifici di MCU [3], ad oggi ancora poco chiari. A questo proposito, abbiamo identificato una variante di splicing del modulatore positivo di MCU, MICU1. Questa variante di splicing, che abbiamo chiamato MICU1.1, è il risultato di un evento di splicing alternativo che determina l’aggiunta di un micro-esone, conservato in tutti i vertebrati, codificante per quattro aminoacidi (EFWQ). Mentre MICU1 è espresso, seppur a diversi livelli, in tutti i tessuti, MICU1.1 presenta una distribuzione peculiare. Infatti, MICU1.1 è molto espresso nei tessuti che sono noti avere un elevato ingresso di Ca2+ nei mitocondri, ovvero il muscolo scheletrico e il tessuto nervoso, mentre è assente in tutti gli altri. Esperimenti di immunoprecipitazione effettuati in cellule HeLa hanno dimostrato che MICU1.1 interagisce con MCU e MICU2. Inoltre, MICU1.1 è in grado di formare omodimeri e eterodimeri con MICU2, come già osservato per MICU1. Nonostante ciò, la sovraespressione di MICU1.1 in cellule HeLa causa un aumento dell’entrata di Ca2+ mitocondriale maggiore rispetto a MICU1, senza influenzare né i valori di Ca2+ citosolici né il potenziale di membrana mitocondriale. Sorprendentemente, la co-espressione di MICU2 in cellule sovraesprimenti MICU1.1 non limita l’incremento di ingresso di Ca2+ nei mitocondri indotto dalla sovraespressione di MICU1.1. Al contrario, la co-espressione di MICU1.1 e MICU2 causa un aumento della velocità di entrata di Ca2+ nei mitocondri, che risulta essere maggiore rispetto a quella osservata in seguito alla sola sovraespressione di MICU1.1. Tuttavia, in condizioni basali, MICU1.1, quando forma eterodimeri con MICU2, causa la chiusura del canale allo stesso modo dell’eterodimero MICU1-MICU2. Ciononostante, abbiamo osservato che la sovraespressione di MICU1.1 con MICU2 induce un abbassamento della soglia di attivazione di MCU verso concentrazioni di Ca2+ più basse. Come già dimostrato in precedenti studi su MICU1, anche la funzione di MICU1.1 dipende dalla capacità di questa proteina di legare Ca2+. Infatti, un mutante di MICU1.1 insensibile ai livelli di Ca2+, agisce da dominante negativo sull’entrata di Ca2+ nel mitocondrio. Abbiamo anche dimostrato che il comportamento peculiare di MICU1.1 dipende dai residui che compongono l’esone addizionale. I risultati ottenuti dimostrano che la singola mutazione di uno di questi residui (in particolare la sostituzione con alanina o la delezione) non influenza l’effetto di MICU1.1 sull’ingresso di Ca2+ nel mitocondrio. Tuttavia, la sostituzione di tutti e quattro gli aminoacidi con l’aminoacido alanina è sufficiente a ristabilire il comportamento di MICU1. In conclusione, durante il mio periodo di dottorato ho caratterizzato una variante di splicing di MICU1, che è selettivamente espressa in tessuti eccitabili e che attiva MCU più efficientemente di MICU1. Sorprendentemente, ho osservato che MICU1.1 esercita una funzione peculiare quando legato a MICU2. Complessivamente, i nostri dati dimostrano che nei tessuti eccitabili esiste un complesso molecolare per l’ingresso di Ca2+ nei mitocondri con una funzione unica. Quindi, in questi tessuti, l’ingresso di Ca2+ nei mitocondri riveste funzioni nuove e ancora inesplorate. Ulteriori studi saranno necessari per chiarire il ruolo di MICU1.1 in diverse condizioni fisiologiche e patologiche.