Analysis of the role of mitochondrial morphology in autophagy

PARK2 gene encodes for an E3 ubiquitin ligase called Parkin. Loss-of-function mutations in this gene cause early onset of Parkinson’s disease, a neurodegenerative disorder of unknown etiology. The role of Parkin in neuron maintenance is still unknown, however it has been linked to the regulation of mitochondria dynamic. Recent works show that Parkin is selectively recruited to dysfunctional mitochondria, where it mediates their elimination via autophagy. Parkin translocation and Parkin-mediated autophagy depend on the Serine/Threonine-protein kinase PINK1 (PTEN-induced putative kinase 1), which is selectively stabilized on dysfunctional mitochondria where it recruits Parkin. However, it remains unknown which cellular signals or covalent modifications directly regulate Parkin translocation. Confocal microscopy of EYFP-Parkin transfected MEFs shows that Parkin has a cytoplasmic localization. After treatment with the mitochondrial uncoupling agent Carbonyl cyanide m-chlorophenyl hydrazine (CCCP), Parkin appears as spots that co-localize with mitochondria. We found that pretreatment with the Ca2+ selective chelator BAPTA completely blocked Parkin translocation. We also found that inhibition of Ca2+ dependent phosphatase Calcineurin A (CnA) impaired Parkin recruitment and that CaN constitutive active expression was able to induce Parkin translocation per se, independently from PINK1. In accordance to the in vitro data, we showed that in the Drosophila fruit fly, Calcineurin constitutive active expression is able to rescue the climbing ability of a PINK1 in vivo model of Parkinson’s Disease.

Il gene PARK2 codifica per un’E3-ubiquitin ligasi chiamata Parkin. Mutazioni con perdita di funzione in questo gene e’ causa di forme precoci del morbo di Parkinson, una malattia neurodegenerativa di etiologia sconosciuta. Il ruolo di Parkin nel mantenimento dei neuroni e’ ancora sconosciuto, tuttavia la sua funzione e’ stata legata alla regolazione della dinamica mitocondriale. Lavori recenti mostrano come Parkin sia selettivamente recrutato ai mitocondri non funzionali, dove media la loro eliminazione tramite autofagia. La traslocazione di Parkin e la mitofagia indotta da Parkin dipendono dalla Serin/Treonin chinasi PINK1 (PTEN-induced putative kinase 1), che e’ selettivamente stabilizzata sui mitocondri non funzionali, dove recruta Parkin. Tuttavia, rimane ancora sconosciuto che segnale cellulare o che modificazioni posttrascrizionali regolano direttamente la traslocazione di Parkin. Tramite microscopia confocale, abbiamo cisto come in MEFs trasfettate con mCherry-Parkin, Parkin abbia una localizzazione citosolica. Tuttavia, dopo trattamento con l’agente disacoppiante mitocondriale agent Carbonyl cyanide m-chlorophenyl hydrazine (CCCP), Parkin appare con punti che colocalizzano con i mitondri. Abbiamo visto che trattando le cellule con il chelatore di calcio BAPTA bloccava completamente la traslocazione di Parkin indotta da CCCP. Inoltre l’inibizione della Calcio-dipendente fosfatasi Calcineurina (CaN) bloccava il recrutamento di Parkin, mentre l’espressione della CaN costitutivamente attiva era in grado di indurre la traslocazione di Parkin per se, indipendentemente dalla presenza di PINK1. Abbiamo dimostrato, inoltre, come l’espressione della CaN costitutivamente attiva sia in grado di migliorare l’abilita’ di arrampicare delle Drosophile, in un modello di Parkinson dipendente d a mutazioni di PINK1.