インスリン放出細胞における代謝分泌カップリングに対するミトコンドリア分裂/融合遺伝子の選択的作用

ミトコンドリアは、連続核分裂/融合を受ける糸状ネットワークを形成します。膵臓のベータ細胞では、ミトコンドリアは、栄養代謝をインスリン顆粒エキソサイトーシスにリンクするシグナルの形質導入に不可欠です。ここでは、インスリノーマ細胞株INS-1E、一次ラット、およびヒトベータ細胞のミトコンドリアネットワークを研究しました。さらに、INS-1E細胞における代謝分泌結合に対するミトコンドリア核分裂/融合の影響をさらに調査しました。HFIS1の過剰発現は、劇的なミトコンドリアの断片化を引き起こしましたが、MFN1は過灌流とミトコンドリアの凝集を引き起こしました。HFIS1またはMFN1を過剰発現する細胞は、ミトコンドリア体積の減少、細胞ATPレベルの低下を示し、その結果、グルコース刺激インスリン分泌を損なうことが示されました。ミトコンドリアのATP生成の減少は、これらの細胞の乳酸産生の増加によって示されるように、解糖の増強によって部分的に補償されました。支配的な陰性MFN1は、HFIS1と同様に、INS-1E細胞ミトコンドリアのミトコンドリアの短縮と断片化を誘発しました。しかし、ミトコンドリア体積、サイトゾルATPレベル、およびグルコース刺激インスリン分泌はほとんど影響を受けませんでした。ミトコンドリアの断片化自体は代謝分離結合を損なわないと結論付けています。ミトコンドリアの生体エネルギーと分布への影響を通じて、HFIS1およびMFN1活性はミトコンドリアシグナルの生成に影響を与え、それによりインスリンエキソサイトーシスに影響します。

Mitochondria form filamentous networks that undergo continuous fission/fusion. In the pancreatic beta-cells, mitochondria are essential for the transduction of signals linking nutrient metabolism to insulin granule exocytosis. Here we have studied mitochondrial networks in the insulinoma cell line INS-1E, primary rat and human beta-cells. We have further investigated the impact of mitochondrial fission/fusion on metabolism-secretion coupling in INS-1E cells. Overexpression of hFis1 caused dramatic mitochondrial fragmentation, whereas Mfn1 evoked hyperfusion and the aggregation of mitochondria. Cells overexpressing hFis1 or Mfn1 showed reduced mitochondrial volume, lowered cellular ATP levels, and as a consequence, impaired glucose-stimulated insulin secretion. Decreased mitochondrial ATP generation was partially compensated for by enhanced glycolysis as indicated by increased lactate production in these cells. Dominant-negative Mfn1 elicited mitochondrial shortening and fragmentation of INS-1E cell mitochondria, similar to hFis1. However, the mitochondrial volume, cytosolic ATP levels, and glucose-stimulated insulin secretion were little affected. We conclude that mitochondrial fragmentation per se does not impair metabolism-secretion coupling. Through their impact on mitochondrial bioenergetics and distribution, hFis1 and Mfn1 activities influence mitochondrial signal generation thereby insulin exocytosis.