The multifunctional mitochondrial inner membrane protein Optic Atrophy 1 controls cellular damage in vivo

L’obbiettivo della tesi è stato rivolto all’ analisi del ruolo di OPA1 nella morte cellulare in vivo attraverso la caratterizzazione di un modello murino over-esprimente OPA1 (Opa1tg) generato nel nostro laboratorio; in tale modello il transgene Opa1 è stato inserito in una specifica posizione del cromosoma X e sotto il controllo del promotore debole ed ubiquitario per la beta-actina umana. Attraverso l’incrocio dei topi in due diversi background genetici C57/BL6 e SV129, abbiamo ottenuto linee murine in cui OPA1 è debolmente espressa in diversi tessuti. Il lieve incremento dei livelli di OPA1 non altera le altre proteine coinvolte nella dinamica mitocondriale e non ha alcun effetto sullo sviluppo, la longevità e la fertilità degli animali. Abbiamo osservato che la longevità dei topi Opa1tg C57/Bl6 non mostrava variazioni rispetto ai wild type (WT), mentre era notevolmente ridotta negli Opa1tg SV129, prevalentemente a causa di insorgenza di tumori ematologici e solidi. Poiché i topi Opa1tg non mostravano alcun evidente fenotipo, abbiamo deciso di effettuare un analisi morfologica ed istologica in ogni organo. I cuori degli animali Opa1tg all’età di 9 mesi erano più grandi. Le analisi istologiche e di immunofluorescenza non rivelavano segni di ipertrofia e la funzionalità cardiaca era invece preservata come dimostrato dalle analisi ecocardiografiche, indicando che l’ipertrofia cardiaca osservata non era patologica e suggerendo altresì che l’atrofia cardiaca associata all’invecchiamento era inibita nei topi Opa1tg. Per verificare se l’over-espressione di Opa1 interferiva in qualche modo con l’atrofia associata al muscolo striato, abbiamo utilizzato un noto modello di atrofia muscolare indotta tramite recisione del nervo sciatico. L’atrofia muscolare era significativamente ridotta nei topi Opa1tg, dove la funzionalità mitocondriale nelle fibre denervate era preservata. Questi risultati suggerivano che OPA1 può interferire con almeno una forma di danno cellulare in vivo e ci ha spinto a verificare se ciò potesse interferire anche in altri modelli conosciuti di morte cellulare quali necrosi ed apoptosi. In un modello di ischemia riperfusione di cuore isolato, i cuori Opa1tg erano meno suscettibili al danno ischemico e l’area d’infarto era significativamente ridotta nei topi Opa1tg dopo il danno da ischemia cerebrale indotto tramite l’Occlusione dell’arteria Cerebrale Mediale (MCAo). In fine, l’apoptosi epatocellulare in vivo indotta da Fas era drasticamente ridotta in topi Opa1tg , dove il danno epatico era diminuito. Meccanisticamente, i mitocondri da muscolo e fagato dei Opa1tg topi sono risultati resistenti al rimodellamento delle cristae ed al rilascio di citocromo c indotto dalla proteina proapoptotica cBID; mostrano inoltre una aumentata efficienza nella respirazione mediata dal complesso I, mentre glia altri parametri di morte cellulare mediata dai mitocondri non sono risultati alterati. L’aumento della respirazione dipendente da complesso I correla con un aumento dei Supercomplessi della Catena Respiratoria (RCS) che, come da noi dimostrato, è una conseguenza della stabilizzazione delle cristae dipendente da OPA1. I nostri dati dimostrano un ruolo della struttura delle cristae in diversi modelli di morte cellulare in vivo e comprovano un ruolo cruciale del rimodellamento dell’ultrastruttura mitocondriale in risposta a diverse condizioni patologiche, che vanno dall’ischemia-riperfusione all’atrofia muscolare. Possiamo concludere che OPA1, la biogenesi ed il rimodellamento delle cristae sono processi fondamentali di danno reversibile ed irreversibile e di morte cellulare in vivo.