NisäkkäilläEdit
Nisäkässoluissa on useita reittejä, joilla mitofagia indusoidaan. PINK1- ja Parkin-reitti on toistaiseksi parhaiten tunnettu. Tämä reitti lähtee liikkeelle terveiden mitokondrioiden ja vaurioituneiden mitokondrioiden välisen eron purkamisesta. Mitokondrioiden laadun havaitsemiseen on yhdistetty 64 kDa:n proteiini, PTEN-indusoitu kinaasi 1 (PINK1). PINK1 sisältää mitokondriokohdistussekvenssin (MTS), ja se rekrytoituu mitokondrioihin. Terveissä mitokondrioissa PINK1 tuodaan TOM-kompleksin kautta ulkokalvon läpi ja osittain TIM-kompleksin kautta mitokondrioiden sisemmän kalvon läpi, joten se ulottuu sitten mitokondrioiden sisemmän kalvon yli. Sisäiseen kalvoon tapahtuvaan tuontiin liittyy PINK1:n pilkkoutuminen 64 kDa:sta 60 kDa:n muotoon. Tämän jälkeen PARL pilkkoo PINK1:n 52 kDa:n muotoon. Proteaasit hajottavat tämän PINK1:n uuden muodon mitokondrioissa. Tämä pitää PINK1:n pitoisuuden kurissa terveissä mitokondrioissa.
Epäterveissä mitokondrioissa mitokondrioiden sisäinen kalvo depolarisoituu. Tämä kalvopotentiaali on välttämätön TIM-välitteiselle proteiinien tuonnille. Depolarisoituneissa mitokondrioissa PINK1:tä ei enää tuoda sisempään kalvoon, PARL ei pilko sitä ja PINK1:n pitoisuus kasvaa ulommassa mitokondriokalvossa. PINK1 voi tällöin rekrytoida Parkinia, sytosolista E3-ubikitiiniligaasia. Oletetaan, että PINK1 fosforyloi Parkinin ubikitiiniligaasin kohdassa S65, mikä käynnistää Parkinin rekrytoinnin mitokondriossa. Parkinin fosforylaatiokohta S65 on homologinen kohtaan, jossa ubikitiini fosforyloidaan. Tämä fosforylaatio aktivoi Parkinin indusoimalla dimerisaation, joka on aktiivinen tila. Tämä mahdollistaa Parkinin välittämän ubikitinaation muihin proteiineihin.
Koska Parkin rekrytoituu PINK1:n välityksellä mitokondrioiden pinnalle, Parkin voi ubikitinoida proteiineja mitokondrioiden ulkokalvolla. Joitakin näistä proteiineista ovat Mfn1/Mfn2 ja mitoNEET. Mitokondrioiden pintaproteiinien ubikvitylaatio tuo mukanaan mitofagian käynnistäviä tekijöitä. Parkin edistää ubikitiiniketjujen sidoksia sekä K63:ssa että K48:ssa. K48:n ubikitinaatio käynnistää proteiinien hajoamisen ja saattaa mahdollistaa passiivisen mitokondrioiden hajoamisen. K63:n ubikitinaation uskotaan rekrytoivan autofagia-adaptoreita LC3/GABARAP, mikä johtaa mitofagiaan. Vielä on epäselvää, mitkä proteiinit ovat välttämättömiä ja riittäviä mitofagialle ja miten nämä proteiinit, kun ne on ubikityloitu, käynnistävät mitofagian.
Muihin reitteihin, jotka voivat indusoida mitofagiaa, kuuluvat mitofagian reseptorit mitokondrioiden ulomman kalvon pinnalla. Näitä reseptoreita ovat NIX1, BNIP3 ja FUNDC1. Kaikki nämä reseptorit sisältävät LIR-konsensusjaksoja, jotka sitovat LC3/GABARAPia, mikä voi johtaa mitokondrioiden hajoamiseen. Hypoksisissa olosuhteissa HIF1α säätelee BNIP3:aa. BNIP3 fosforyloidaan sen seriinijäännöksissä lähellä LIR-sekvenssiä, mikä edistää LC3:n sitoutumista. FUNDCI on myös hypoksia-herkkä, vaikka se on konstitutiivisesti läsnä mitokondrioiden ulkokalvolla normaaliolosuhteissa
Neuroneissa mitokondriot jakautuvat epätasaisesti koko solussa alueille, joissa energiantarve on suuri, kuten synapseihin ja Ranvierin solmupisteisiin. Tämä jakautuminen säilyy suurelta osin moottoriproteiinien välittämän mitokondriokuljetuksen avulla aksonia pitkin. Vaikka hermosolujen mitofagian uskotaan tapahtuvan pääasiassa solurungossa, sitä tapahtuu myös paikallisesti aksonissa solurungosta kaukana olevissa kohdissa; sekä solurungossa että aksonissa hermosolujen mitofagia tapahtuu PINK1-Parkin-reitin kautta. Mitofagiaa hermostossa voi esiintyä myös transsellulaarisesti, jolloin verkkokalvon gangliosolujen aksonien vaurioituneet mitokondriot voivat siirtyä viereisiin astrosyytteihin hajotettaviksi. Tämä prosessi tunnetaan nimellä transmitofagia.
HiivassaEdit
Mitofagiaa hiivassa oletettiin ensimmäisen kerran sen jälkeen, kun Yeast Mitochondrial Escape -geenit (yme), erityisesti yme1, löydettiin. Yme1, kuten muutkin perheen geenit, osoitti mtDNA:n pakenemisen lisääntymistä, mutta oli ainoa, joka osoitti mitokondrioiden hajoamisen lisääntymistä. Työskennellessään tämän mtDNA:n pakenemista välittävän geenin parissa tutkijat havaitsivat, että mitokondrioiden liikevaihdon laukaisevat proteiinit.
Mitofagian geneettisestä ohjauksesta saatiin lisää tietoa UTH1-proteiinia koskevien tutkimusten jälkeen. Kun oli tehty seulonta pitkäikäisyyttä sääteleville geeneille, havaittiin ΔUTH1-kannoissa mitofagian estyminen, joka tapahtui vaikuttamatta autofagian mekanismeihin. Tämä tutkimus osoitti myös, että Uth1p-proteiini on välttämätön mitokondrioiden siirtämiseksi vakuoliin. Tämä viittasi siihen, että mitofagiaa varten on olemassa erikoistunut järjestelmä. Muissa tutkimuksissa tarkasteltiin AUP1:tä, mitokondriaalista fosfataasia, ja havaittiin, että Aup1 merkitsee mitokondriot poistettaviksi.
Toinen hiivaproteiini, joka liittyy mitofagiaan, on mitokondrioiden sisemmän kalvon proteiini, Mdm38p/Mkh1p. Tämä proteiini on osa kompleksia, joka vaihtaa K+/H+ -ioneja sisemmän kalvon läpi. Tämän proteiinin deletoituminen aiheuttaa turvotusta, kalvopotentiaalin menetystä ja mitokondrioiden pirstoutumista.
Viime aikoina on osoitettu, että ATG32:lla (autofagiaan liittyvä geeni 32) on ratkaiseva rooli hiivan mitofagiassa. Se on lokalisoitunut mitokondrioihin. Kun mitofagia on käynnistynyt, Atg32 sitoutuu Atg11:een ja Atg32:een assosioituneet mitokondriot kuljetetaan tyhjiöön. Atg32:n vaimentaminen lopettaa autofagikoneiston rekrytoinnin ja mitokondrioiden hajoamisen. Atg32 ei ole välttämätön muille autofagian muodoille.
Kaikilla näillä proteiineilla on todennäköisesti merkitystä terveiden mitokondrioiden ylläpitämisessä, mutta mutaatiot ovat osoittaneet, että säätelyhäiriöt voivat johtaa mitokondrioiden valikoivaan hajoamiseen. Se, toimivatko nämä proteiinit yhdessä, ovatko ne mitofagian päätoimijoita vai jäseniä laajemmassa verkostossa, joka kontrolloi autofagiaa, on vielä selvittämättä.