nutrient dependent control of mitochondrial Ca2+ signaling

Le cellule eucariotiche hanno la necessità di adattarsi a cambiamenti nella disponibilità di metaboliti. Quando i livelli di nutrienti cambiano, il metabolismo cellulare si adatta rapidamente per proteggere la cellula stessa da eventuali danni. Questi rapidi cambiamenti sono regolati attraverso proteine che sono sensibili alla disponibilità di metaboliti. Le più importanti proteine coinvolte in questa risposta sono AMPK e le sirtuine (Dilova et al. 2007). Il Ca2+ è un secondo messaggero fondamentale che controlla numerose funzioni cellulari e il mitocondrio è uno degli organelli più importanti nel mantenimento dell’omeostasi del Ca2+ intracellulare (Rizzuto and Pozzan 2006). Recentemente, il gruppo di ricerca di Foskett ha identificato un nuovo ruolo per il trasferimento di Ca2+ che normalmente avviene dal reticolo endoplasmatico/sarcoplasmatico (ER/SR) ai mitocondri. Hanno quindi dimostrato che il Ca2+ trasferito è un segnale fondamentale per l'attivazione intracellulare di AMPK e per l’induzione di una risposta adattativa alla mancanza di nutrimenti qual è l’autofagia. Rimane ancora sconosciuto il segnale fisiologico all'interno della cellula che converte cambiamenti nella disponibilità di nutrimenti con variazioni nell’ampiezza dei transienti Ca2+ mitocondriali. Durante il mio dottorato di ricerca ho utilizzato l’equorina come sonda per misurare il Ca2+ all’interno dei vari comparti intracellulari (Pinton et al. 2007). Le nostre ricerche hanno dimostrato che cellule HeLa, private per due ore di un metabolita fondamentale qual è il glucosio, presentano transienti Ca2+ mitocondriali drasticamente ridotti. Misurare anche altri parametri mitocondriali ci ha fatto capire che questa risposta è fisiologica e reversibile e che avviene in molti tipi cellulari diversi. Inoltre ho indagato il ruolo di MICU1, un regolatore dei livelli di Ca2+ mitocondriale recentemente identificato, quale modulatore dei transienti Ca2+ mitocondriali durante l’assenza di glucosio. I nostri esperimenti dimostrano chiaramente come, dopo 2 ore di deprivazione del glucosio dal mezzo di coltura, questo fondamentale regolatore risulta essere rapidamente degradato. Mi sono quindi chiesta, vista la sorprendentemente breve semi-vita di MICU1, se durante la deprivazione di glucosio MICU1 potesse essere ubiquitinato e rapidamente degradato. A supporto di questa ipotesi, ho dimostrato che il trattamento delle cellule con l’inibitore del proteasoma MG132 inibisce la degradazione di MICU1 e ne aumenta la semi-vita. Inoltre, dati pubblicati di spettrometria di massa hanno rivelato cinque lisine nella sequenza proteica di MICU1 che sono predette essere ubiquitinate. Abbiamo quindi deciso di sostituire ognuna di queste lisine con arginine (K>R) in modo da generare un mutante incompetente per l’ubiquitinizzazione (MICU1K102R, K103R, K104R, K296R, K359R). La sovraespressione di questo mutante in cellule HeLa abolisce parzialmente l’effetto della deprivazione del glucosio sull’entrata di Ca2+ mitocondriale. Esperimenti futuri ci permetteranno di capire come MICU1 influenzi la modulazione dell’attività del trasporto di Ca2+ a livello mitocondriale. L’analisi di questo meccanismo ci permetterà di comprendere se il mitocondrio rappresenti un anello di congiunzione tra la disponibilità di glucosio e la modulazione di processi fisiopatologici quali l’autofagia e l’apoptosi.