U savcůEdit

Existuje několik cest, kterými je u savčích buněk indukována mitofágie. Dráha PINK1 a Parkin je zatím nejlépe charakterizovaná. Tato dráha začíná rozluštěním rozdílu mezi zdravými a poškozenými mitochondriemi. Do zjišťování kvality mitochondrií byl zapojen protein o velikosti 64 kDa, PTEN-indukovaná kináza 1 (PINK1). PINK1 obsahuje mitochondriální cílovou sekvenci (MTS) a je rekrutován do mitochondrií. Ve zdravých mitochondriích je PINK1 importován přes vnější membránu prostřednictvím komplexu TOM a částečně přes vnitřní mitochondriální membránu prostřednictvím komplexu TIM, takže pak překlenuje vnitřní mitochondriální membránu. Proces importu do vnitřní membrány je spojen se štěpením PINK1 z 64-kDa na 60-kDa formu. PINK1 je poté štěpen PARL na formu 52 kDa. Tato nová forma PINK1 je degradována proteázami uvnitř mitochondrie. To udržuje koncentraci PINK1 ve zdravých mitochondriích pod kontrolou.

V nezdravých mitochondriích dochází k depolarizaci vnitřní mitochondriální membrány. Tento membránový potenciál je nezbytný pro import proteinů zprostředkovaný TIM. V depolarizovaných mitochondriích již není PINK1 importován do vnitřní membrány, není štěpen PARL a koncentrace PINK1 se zvyšuje ve vnější mitochondriální membráně. PINK1 pak může rekrutovat Parkin, cytosolickou E3 ubikvitin ligázu. Předpokládá se, že PINK1 fosforyluje ubikvitin ligázu Parkin na S65, což iniciuje nábor Parkinu v mitochondriích. Místo fosforylace Parkinu na S65 je homologní s místem, kde je fosforylován ubikvitin. Tato fosforylace aktivuje Parkin indukcí dimerizace, což je aktivní stav. To umožňuje Parkinem zprostředkovanou ubikvitinaci na jiných proteinech.

Díky svému náboru na povrch mitochondrie zprostředkovanému PINK1 může Parkin ubikvitinovat proteiny ve vnější mitochondriální membráně. Mezi tyto proteiny patří Mfn1/Mfn2 a mitoNEET. Ubiquitylace mitochondriálních povrchových proteinů přináší faktory iniciující mitofagii. Parkin podporuje vazby ubikvitinového řetězce na K63 i K48. Ubikvitinace K48 iniciuje degradaci proteinů a mohla by umožnit pasivní degradaci mitochondrií. Předpokládá se, že ubikvitinace K63 rekrutuje adaptory autofagie LC3/GABARAP, což následně povede k mitofagii. Stále není jasné, které proteiny jsou pro mitofagii nezbytné a dostačující a jak tyto proteiny po ubikvitizaci iniciují mitofagii.

Další cesty, které mohou vyvolat mitofagii, zahrnují receptory mitofagie na povrchu vnější mitochondriální membrány. Mezi tyto receptory patří NIX1, BNIP3 a FUNDC1. Všechny tyto receptory obsahují konsenzuální sekvence LIR, které vážou LC3/GABARAP, což může vést k degradaci mitochondrií. Za hypoxických podmínek je BNIP3 regulován HIF1α. BNIP3 je pak fosforylován na svých serinových zbytcích v blízkosti sekvence LIR, což podporuje vazbu LC3. FUNDCI je rovněž citlivý na hypoxii, ačkoli je za normálních podmínek konstitutivně přítomen na vnější mitochondriální membráně

V neuronech jsou mitochondrie rozmístěny nerovnoměrně po celé buňce do oblastí, kde je vysoká energetická náročnost, jako například v synapsích a Ranvierových uzlech. Tato distribuce je udržována převážně transportem mitochondrií podél axonu zprostředkovaným motorickými proteiny. Předpokládá se, že k neuronální mitofágii dochází především v buněčném těle, ale také lokálně v axonu v místech vzdálených od buněčného těla; jak v buněčném těle, tak v axonu probíhá neuronální mitofágie prostřednictvím dráhy PINK1-Parkin. K mitofagii v nervovém systému může docházet také transcelulárně, kdy mohou být poškozené mitochondrie v axonech gangliových buněk sítnice předány k degradaci sousedním astrocytům. Tento proces se nazývá transmitofagie.

U kvasinekEdit

Mitofagie u kvasinek byla poprvé předpokládána po objevu genů pro únik z kvasinek (yme), konkrétně yme1. Yme1 stejně jako ostatní geny v rodině vykazoval zvýšený únik mtDNA, ale jako jediný vykazoval zvýšení mitochondriální degradace. Díky práci na tomto genu, který zprostředkovává únik mtDNA, vědci zjistili, že mitochondriální obrat je spouštěn proteiny.

Další poznatky o genetické kontrole mitofágie byly zjištěny po studiích proteinu UTH1. Po provedení screeningu genů, které regulují dlouhověkost, bylo u kmenů ΔUTH1 zjištěno, že dochází k inhibici mitofagie, k níž dochází bez ovlivnění mechanismů autofagie. Tato studie také ukázala, že protein Uth1p je nezbytný pro přesun mitochondrií do vakuoly. To naznačuje, že pro mitofagii existuje specializovaný systém. Další studie se zabývaly AUP1, mitochondriální fosfatázou, a zjistily, že Aup1 označuje mitochondrie k odstranění.

Dalším kvasinkovým proteinem spojeným s mitofagií je protein vnitřní membrány mitochondrií, Mdm38p/Mkh1p. Tento protein je součástí komplexu, který vyměňuje ionty K+/H+ přes vnitřní membránu. Delece tohoto proteinu způsobuje bobtnání, ztrátu membránového potenciálu a fragmentaci mitochondrií.

Nedávno se ukázalo, že ATG32 (autophagy related gene 32) hraje klíčovou roli v kvasinkové mitofagii. Je lokalizován v mitochondriích. Po zahájení mitofagie se Atg32 váže na Atg11 a mitochondrie spojené s Atg32 jsou transportovány do vakuoly. Umlčení Atg32 zastaví nábor autofagických mechanismů a degradaci mitochondrií. Atg32 není nezbytný pro jiné formy autofagie.

Všechny tyto proteiny pravděpodobně hrají roli při udržování zdravých mitochondrií, ale mutace ukázaly, že jejich dysregulace může vést k selektivní degradaci mitochondrií. Zda tyto proteiny pracují společně, zda jsou hlavními hráči v mitofagii, nebo členy větší sítě pro řízení autofagie, ještě nebylo objasněno.