EmlősökbenSzerkesztés
A mitofágia indukciója emlőssejtekben többféle úton történik. A PINK1 és a Parkin útvonal eddig a legjobban jellemzett. Ez az útvonal az egészséges és a sérült mitokondriumok közötti különbség megfejtésével kezdődik. Egy 64 kDa fehérje, a PTEN-indukált kináz 1 (PINK1) szerepet játszik a mitokondriumok minőségének kimutatásában. A PINK1 tartalmaz egy mitokondriális célszekvenciát (MTS), és a mitokondriumokba rekrutálódik. Egészséges mitokondriumokban a PINK1 a külső membránon keresztül a TOM komplexen keresztül, és részben a belső mitokondriális membránon keresztül a TIM komplexen keresztül importálódik, így aztán átível a belső mitokondriális membránon. A belső membránba történő importálás folyamata a PINK1 64 kDa-ból 60 kDa-formára történő hasadásával jár együtt. A PINK1-et ezután a PARL hasítja 52 kDa formává. A PINK1 ezen új formáját a mitokondriumon belül proteázok bontják le. Ez tartja kordában a PINK1 koncentrációját az egészséges mitokondriumokban.
Az egészségtelen mitokondriumokban a belső mitokondriális membrán depolarizálódik. Ez a membránpotenciál szükséges a TIM által közvetített fehérjeimporthoz. Depolarizált mitokondriumokban a PINK1 már nem importálódik a belső membránba, nem hasítja a PARL, és a PINK1 koncentrációja megnő a külső mitokondriális membránban. A PINK1 ezután toborozhatja a Parkint, egy citoszolikus E3 ubikvitin ligázt. Úgy gondolják, hogy a PINK1 foszforilálja a Parkin ubikvitin ligáz S65-ös szintjén, ami elindítja a Parkin rekrutációját a mitokondriumban. A Parkin S65 foszforilációs helye homológ azzal a hellyel, ahol az ubikvitin foszforilálódik. Ez a foszforiláció aktiválja a Parkint azáltal, hogy dimerizációt, azaz aktív állapotot indukál. Ez lehetővé teszi a Parkin által közvetített ubikvitinációt más fehérjéken.
A mitokondrium felszínére történő PINK1-mediált toborzása miatt a Parkin képes a külső mitokondriális membránban lévő fehérjéket ubikvitilálni. Néhány ilyen fehérje közé tartozik az Mfn1/Mfn2 és a mitoNEET. A mitokondriális felszíni fehérjék ubikvitilálása mitofágiát indító faktorokat hoz be. A Parkin elősegíti a K63 és K48 ubikvitinlánc-kötéseket. A K48 ubikvitináció kezdeményezi a fehérjék degradációját, és lehetővé teheti a passzív mitokondriális degradációt. A K63 ubikvitinációja feltehetően az LC3/GABARAP autofágia-adaptorokat toborozza, ami aztán mitofágiához vezet. Még nem világos, hogy mely fehérjék szükségesek és elegendőek a mitofágiához, és hogy ezek a fehérjék, miután ubikvitilálódtak, hogyan indítják el a mitofágiát.
A mitofágiát indukáló egyéb útvonalak közé tartoznak a mitofágia receptorai a külső mitokondriális membrán felszínén. Ezek a receptorok közé tartozik a NIX1, a BNIP3 és a FUNDC1. Mindegyik receptor tartalmaz LIR konszenzus szekvenciákat, amelyek megkötik az LC3/GABARAP-ot, ami a mitokondriumok lebontásához vezethet. Hipoxiás körülmények között a BNIP3-at a HIF1α felszabályozza. A BNIP3 ezután foszforilálódik a LIR-szekvencia közelében lévő szerin-maradványainál, ami elősegíti az LC3 kötődését. A FUNDCI szintén hipoxiaérzékeny, bár normál körülmények között konstitutívan jelen van a külső mitokondriális membránon
A neuronokban a mitokondriumok egyenlőtlenül oszlanak el a sejtben azokon a területeken, ahol nagy az energiaigény, például a szinapszisokban és a Ranvier-csomópontokban. Ezt az eloszlást nagyrészt a motoros fehérjék által közvetített mitokondriális szállítás tartja fenn az axon mentén. Míg a neuronális mitofágia feltehetően elsősorban a sejttestben zajlik, az axonban lokálisan, a sejttesttől távoli helyeken is előfordul; mind a sejttestben, mind az axonban a neuronális mitofágia a PINK1-Parkin útvonalon keresztül történik. Az idegrendszerben a mitofágia transzcellulárisan is előfordulhat, ahol a retinális ganglionsejtek axonjaiban lévő sérült mitokondriumok lebontás céljából átkerülhetnek a szomszédos asztrocitákhoz. Ezt a folyamatot nevezik transzmitofágiának.
ÉlesztőbenSzerkesztés
A mitofágiát élesztőben először a Yeast Mitochondrial Escape gének (yme), különösen az yme1 felfedezése után feltételezték. Az yme1 a család többi génjéhez hasonlóan az mtDNS menekülésének növekedését mutatta, de ez volt az egyetlen, amely a mitokondriális degradáció növekedését mutatta. Az mtDNS menekülését közvetítő génen végzett munkával a kutatók felfedezték, hogy a mitokondriális turnover-t fehérjék váltják ki.
A mitofágia genetikai szabályozásáról az UTH1 fehérjével kapcsolatos vizsgálatok után derült ki több minden. A hosszú élettartamot szabályozó gének szűrését követően a ΔUTH1 törzsekben a mitofágia gátlását találták, amely az autofágia mechanizmusok befolyásolása nélkül következett be. Ez a vizsgálat azt is kimutatta, hogy az Uth1p fehérje szükséges a mitokondriumok vakuólumba történő áthelyezéséhez. Ez arra utalt, hogy a mitofágiának van egy specializált rendszere. Más tanulmányok az AUP1-et, egy mitokondriális foszfatázt vizsgálták, és azt találták, hogy az Aup1 jelöli a mitokondriumokat eltávolításra.
A mitofágiával összefüggésbe hozott másik élesztőfehérje egy mitokondriális belső membránfehérje, az Mdm38p/Mkh1p. Ez a fehérje része annak a komplexnek, amely a K+/H+ ionokat cseréli a belső membránon keresztül. E fehérje deléciója duzzadást, a membránpotenciál elvesztését és mitokondriális fragmentációt okoz.
A közelmúltban kimutatták, hogy az ATG32 (autophagia related gene 32) döntő szerepet játszik az élesztő mitofágiában. A mitokondriumokban lokalizálódik. A mitofágia megindulását követően az Atg32 az Atg11-hez kötődik, és az Atg32-hez kapcsolódó mitokondriumok a vakuólumba szállítódnak. Az Atg32 csendesítése leállítja az autofágia gépezet toborzását és a mitokondriumok lebontását. Az Atg32 nem szükséges az autofágia más formáihoz.
Mindegyik fehérje valószínűleg szerepet játszik az egészséges mitokondriumok fenntartásában, de mutációk kimutatták, hogy a diszreguláció a mitokondriumok szelektív degradációjához vezethet. Hogy ezek a fehérjék összehangoltan működnek-e, a mitofágia főszereplői, vagy egy nagyobb hálózat tagjai az autofágia szabályozásában, még tisztázásra vár.