Em mamíferosEditar
Existem vários caminhos pelos quais a mitofagia é induzida em células de mamíferos. O caminho PINK1 e Parkin é, até agora, o mais bem caracterizado. Este caminho começa por decifrar a diferença entre mitocôndrias saudáveis e mitocôndrias danificadas. Uma proteína 64-kDa, quinase 1 induzida por PTEN (PINK1), foi implicada para detectar a qualidade mitocondrial. PINK1 contém uma sequência de alvos mitocondriais (MTS) e é recrutada para as mitocôndrias. Em mitocôndrias saudáveis, o PINK1 é importado através da membrana externa através do complexo TOM, e parcialmente através da membrana mitocondrial interna através do complexo TIM, de modo que, em seguida, atravessa a membrana mitocondrial interna. O processo de importação para a membrana interna está associado com a clivagem do PINK1 de 64-kDa para uma forma de 60-kDa. PINK1 é então clivada pelo PARL em uma forma de 52-kDa. Esta nova forma de PINK1 é degradada por proteases dentro da mitocôndria. Isto mantém a concentração de PINK1 em controle em mitocôndrias saudáveis.
Em mitocôndrias insalubres, a membrana mitocondrial interna se torna despolarizada. Este potencial de membrana é necessário para a importação de proteínas mediadas por TIM. Nas mitocôndrias despolarizadas, PINK1 não é mais importado para a membrana interna, não é clivado pelo PARL e a concentração de PINK1 aumenta na membrana mitocondrial externa. PINK1 pode então recrutar Parkin, uma citosólica E3 ubiquitin ligase. Pensa-se que os fosforilatos PINK1 Parkin ubiquitin ligase em S65 que inicia o recrutamento de Parkin na mitocôndria. O local de fosforilação de Parkin, na S65, é homólogo ao local onde a ubiquitina é fosforilada. Esta fosforilação ativa a Parkin, induzindo a dimerização, um estado ativo. Isto permite a ubiquitinação mediada por Parkin em outras proteínas.
Por causa de seu recrutamento mediado por PINK1 na superfície mitocondrial, a Parkin pode ubiquitar as proteínas na membrana mitocondrial externa. Algumas destas proteínas incluem Mfn1/Mfn2 e mitoNEET. A ubiquitylation das proteínas da superfície mitocondrial traz fatores iniciadores da mitofagia. Parkin promove as ligações da cadeia da ubiquitina tanto no K63 como no K48. A ubiquitinação do K48 inicia a degradação das proteínas, e pode permitir a degradação mitocondrial passiva. Pensa-se que a ubiquitinação do K63 recruta adaptadores de autofagia LC3/GABARAP, o que levará à mitofagia. Ainda não está claro quais proteínas são necessárias e suficientes para a mitofagia, e como estas proteínas, uma vez ubiquiladas, iniciam a mitofagia.
Outras vias que podem induzir a mitofagia incluem receptores mitofágicos na superfície externa da membrana mitocondrial. Estes receptores incluem NIX1, BNIP3 e FUNDC1. Todos estes receptores contêm sequências de consenso LIR que ligam LC3/GABARAP que podem levar à degradação da mitocôndria. Em condições hipóxicas o BNIP3 é upregulado por HIF1α. O BNIP3 é então fosforilado em seus resíduos serenos próximos à seqüência LIR, o que promove a ligação do LC3. FUNDCI também é sensível à hipoxia, embora esteja constitutivamente presente na membrana mitocondrial externa durante condições normais
Em neurônios, as mitocôndrias são distribuídas desigualmente por toda a célula para áreas onde a demanda de energia é alta, como em sinapses e nós de Ranvier. Esta distribuição é mantida em grande parte pelo transporte mitocondrial mediado por proteínas motoras ao longo do axônio. Enquanto se pensa que a mitofagia neuronal ocorre principalmente no corpo celular, ela também ocorre localmente no axônio em locais distantes do corpo celular; tanto no corpo celular quanto no axônio, a mitofagia neuronal ocorre através da via PINK1-Parkin. A mitofagia no sistema nervoso também pode ocorrer transcelularmente, onde mitocôndrias danificadas em axônios de células ganglionares da retina podem ser passadas para as astrocitos vizinhos para degradação. Este processo é conhecido como transmitofagia.
Em leveduraEditar
Mitofagia em levedura foi presumida pela primeira vez após a descoberta dos genes de Yeast Mitochondrial Escape (yme), especificamente yme1. Yme1 como outros genes da família mostraram aumento de escape de mtDNA, mas foi o único que mostrou um aumento na degradação mitocondrial. Através de trabalhos sobre este gene que medeia o escape do mtDNA, pesquisadores descobriram que o turnover mitocondrial é desencadeado por proteínas.
Mais foi descoberto sobre o controle genético da mitofagia após estudos sobre a proteína UTH1. Após a realização de uma tela para genes que regulam a longevidade, foi descoberto em ΔUTH1 que havia uma inibição da mitofagia, que ocorreu sem afetar os mecanismos da autofagia. Este estudo também mostrou que a proteína Uth1p é necessária para mover mitocôndrias para o vacúolo. Isto sugere que existe um sistema especializado para a mitofagia. Outros estudos examinaram a AUP1, uma fosfatase mitocondrial, e encontraram a Aup1 marca mitocôndria para eliminação.
Uma outra proteína de levedura associada à mitofagia é uma proteína da membrana interna mitocondrial, Mdm38p/Mkh1p. Esta proteína é parte do complexo que troca íons K+/H+ através da membrana interna. Deleções nesta proteína causam inchaço, perda do potencial da membrana e fragmentação mitocondrial.
Recentemente, foi demonstrado que o ATG32 (gene 32 relacionado à autofagia) desempenha um papel crucial na mitofagia da levedura. Está localizado na mitocôndria. Uma vez iniciada a mitofagia, Atg32 liga-se a Atg11 e as mitocôndrias associadas a Atg32 são transportadas para o vacúolo. O silêncio de Atg32 interrompe o recrutamento de máquinas de autofagia e a degradação mitocondrial. Atg32 não é necessário para outras formas de autofagia.
Todas estas proteínas provavelmente desempenham um papel na manutenção de mitocôndrias saudáveis, mas mutações têm mostrado que a desregulação pode levar a uma degradação seletiva das mitocôndrias. Se estas proteínas funcionam de forma concertada, são os principais agentes da mitofagia, ou membros de uma rede maior para controlar a autofagia ainda está por elucidar.