グリケーションに続発するFOF1-ATPシンターゼの欠陥二量体化は、老化中の心筋細胞のミトコンドリアエネルギー欠乏を好む

高齢の心筋細胞は、エネルギー需要と供給の間にミスマッチを発症し、その重症度は心不全の発症を決定し、細胞死を受ける傾向があります。FOF1-ATPシンターゼは、健康な心筋細胞によって消費されるATPの90％以上を提供する分子機械であり、細胞死に関与するエネルギーディサイティングチャネルであるミトコンドリア透過性遷移孔（MPTP）を形成することが提案されています。老化がFOF1-ATPシンターゼの自己組織化、ミトコンドリアクリスタの形態とエネルギー効率に関与する基本的な生物学的プロセス、およびこれがもたらす機能的結果を変えるかどうかを調査しました。老化マウスの精製心ミトコンドリアと心筋細胞は、FOF1-ATPシンターゼ（青いネイティブおよび近接ライゲーションアッセイ）の障害のある二量体化を示し、異常なミトコンドリアクリスタチップ曲率（TEM）に関連しています。欠陥のある二量体化は、FOF1-ATPシンターゼのin vitroヒドロラーゼ活性を修正しませんでしたが、無傷のミトコンドリアの酸化的リン酸化の効率を低下させ（膜構造が基本的な役割を果たします）、心筋細胞の感受性を増加させてMPTPによるエネルギー崩壊を経験しました。高スループットプロテオミクスと蛍光免疫標識により、変化した二量体化の原因メカニズムとしてFOF1-ATPシンターゼの5サブユニットの糖化が特定されました。H9C2筋芽細胞におけるFOF1-ATPシンターゼ糖化のin vitro誘導により、年齢に関連したFOF1-ATPシンターゼアセンブリが再現され、細胞エネルギー代謝への酸化リン酸化の相対的寄与が減少し、MPTP感受性が増加しました。これらの結果は、ミトコンドリアのクリスタのリモデリング、エネルギー欠乏、心筋細胞の脆弱性の増加に関与する新規病態生理学的メカニズムとして、酵素糖化に続発するFOF1-ATPシンターゼの変化した二量体化を識別し、老化中のミトコンドリア不全を経験します。

Aged cardiomyocytes develop a mismatch between energy demand and supply, the severity of which determines the onset of heart failure, and become prone to undergo cell death. The FoF1-ATP synthase is the molecular machine that provides >90% of the ATP consumed by healthy cardiomyocytes and is proposed to form the mitochondrial permeability transition pore (mPTP), an energy-dissipating channel involved in cell death. We investigated whether aging alters FoF1-ATP synthase self-assembly, a fundamental biological process involved in mitochondrial cristae morphology and energy efficiency, and the functional consequences this may have. Purified heart mitochondria and cardiomyocytes from aging mice displayed an impaired dimerization of FoF1-ATP synthase (blue native and proximity ligation assay), associated with abnormal mitochondrial cristae tip curvature (TEM). Defective dimerization did not modify the in vitro hydrolase activity of FoF1-ATP synthase but reduced the efficiency of oxidative phosphorylation in intact mitochondria (in which membrane architecture plays a fundamental role) and increased cardiomyocytes' susceptibility to undergo energy collapse by mPTP. High throughput proteomics and fluorescence immunolabeling identified glycation of 5 subunits of FoF1-ATP synthase as the causative mechanism of the altered dimerization. In vitro induction of FoF1-ATP synthase glycation in H9c2 myoblasts recapitulated the age-related defective FoF1-ATP synthase assembly, reduced the relative contribution of oxidative phosphorylation to cell energy metabolism, and increased mPTP susceptibility. These results identify altered dimerization of FoF1-ATP synthase secondary to enzyme glycation as a novel pathophysiological mechanism involved in mitochondrial cristae remodeling, energy deficiency, and increased vulnerability of cardiomyocytes to undergo mitochondrial failure during aging.