骨格筋におけるOPA1欠失後のミトコンドリア - エンドラズム網状網のテザリングのATF4依存性の増加

ミトコンドリアおよび小胞体（ER）接触部位（MERC）は、これらのオルガネラ間のCa2+、脂質、およびその他の代謝物の動的伝達に寄与することにより、総体間の濃縮ハブと脂質濃縮のハブです。欠陥のあるMERCは、細胞酸化ストレス、神経変性疾患、およびよく理解されていないメカニズムを介した心臓および骨格筋の病理に関連しています。ミトコンドリア融合メディエーター視神経萎縮1（OPA1）の骨格筋特異的ノックダウン（KD）がERストレスを誘発し、既知のMercタンパク質であるMitofusin-2の誘導と相関することを以前に実証しました。本研究では、骨格筋細胞におけるOPA1のダウンレギュレーションが、マウスやショウジョウバエを含む複数の筋細胞系、および原発性筋管を評価することにより、Merc形成を変化させるという仮説をテストしました。我々の結果は、OPA1欠乏がカルシウム交換に関与するより多くの豊富なMercタンパク質と協調してより緊密で頻繁なMercを誘発することを明らかにしました。さらに、OPA1の喪失により、転写因子4（ATF4）の活性化の発現が増加しました。これは、統合ストレス応答（ISR）経路エフェクターです。ATF4の発現を減らすと、MERC構造のOPA1-LOSS誘発性の締め付けが妨げられました。OPA1の還元は、ATF4抑制後に逆転した特殊なERのカルシウムであるミトコンドリアおよびサルコプラズム網膜の減少と関連していました。これらのデータは、OPA1欠乏によって誘発されるミトコンドリアストレスが、ATF4依存的に骨格筋mercの形成を調節することを示唆しています。

Mitochondria and endoplasmic reticulum (ER) contact sites (MERCs) are protein- and lipid-enriched hubs that mediate interorganellar communication by contributing to the dynamic transfer of Ca2+ , lipid, and other metabolites between these organelles. Defective MERCs are associated with cellular oxidative stress, neurodegenerative disease, and cardiac and skeletal muscle pathology via mechanisms that are poorly understood. We previously demonstrated that skeletal muscle-specific knockdown (KD) of the mitochondrial fusion mediator optic atrophy 1 (OPA1) induced ER stress and correlated with an induction of Mitofusin-2, a known MERC protein. In the present study, we tested the hypothesis that Opa1 downregulation in skeletal muscle cells alters MERC formation by evaluating multiple myocyte systems, including from mice and Drosophila, and in primary myotubes. Our results revealed that OPA1 deficiency induced tighter and more frequent MERCs in concert with a greater abundance of MERC proteins involved in calcium exchange. Additionally, loss of OPA1 increased the expression of activating transcription factor 4 (ATF4), an integrated stress response (ISR) pathway effector. Reducing Atf4 expression prevented the OPA1-loss-induced tightening of MERC structures. OPA1 reduction was associated with decreased mitochondrial and sarcoplasmic reticulum, a specialized form of ER, calcium, which was reversed following ATF4 repression. These data suggest that mitochondrial stress, induced by OPA1 deficiency, regulates skeletal muscle MERC formation in an ATF4-dependent manner.