Genetic and functional characterisation of mitochondrial diseases caused by ATP synthase defects

Abstract

Poruchy ATP syntázy, klíčového enzymu mitochondriální tvorby energie, patří mezi velmi časté příčiny metabolických onemocnění, které se projevují nejčastěji jako mitochondriální encefalo-kardio-myopatie s časným nástupem nemoci. U pacientů s izolovaným defektem ATP syntázy byly nalezeny mutace ve čtyřech jaderných genech, se shodným biochemickým projevem - výrazně sníženým množstvím plně asemblovaného a funkčního komplexu ATP syntázy. V této práci jsou shrnuty výsledky studií proteinu TMEM70, nového pomocného faktoru v biogenezi ATP syntázy, jenž představuje nejčastější genetickou příčinu závažných vrozených poruch ATP syntázy. TMEM70 o velikosti 21 kDa je proteinem vnitřní mitochondriální membrány, který napomáhá tvorbě ATP syntázového komplexu. Funkce proteinu TMEM70 je nejspíše zprostředkována pomocí C-konce, exponovaného do mitochondriální matrix, ale přesný mechanismus stále není znám. Ve fibroblastech pacientů, které neobsahují protein TMEM70, je nízká aktivita ATP syntázy kompenzována zvýšením obsahu komplexů dýchacího řetězce III a IV pomocí posttranslačního mechanizmu. Dalším typem defektu ATP syntázy, který byl v rámci této práce studován, je mtDNA mutace m.9205delTA, která ovlivňuje maturaci MT-ATP8/MT-ATP6/MT-CO3 mRNA a tím i biosyntézu strukturních podjednotek Atp6 (podjednotka a) a...

Disorders of ATP synthase, the key enzyme of mitochondrial energy provision belong to the most severe metabolic diseases presenting mostly as early-onset mitochondrial encephalo-cardio-myopathies. Mutations in four nuclear genes can result in isolated deficiency of ATP synthase, all sharing a similar biochemical phenotype - pronounced decrease in the content of fully assembled and functional ATP synthase complex. The thesis summarises studies on two distinct causes of ATP synthase deficiency. First is TMEM70 protein, a novel ancillary factor of ATP synthase, which represents most frequent determinant of severe inborn deficiency of ATP synthase. TMEM70 is a 21 kDa protein of the inner mitochondrial membrane, facilitating the biogenesis of mitochondrial ATP synthase, possibly through TMEM70 protein region exposed to the mitochondrial matrix, but the proper regulatory mechanism remains to be elucidated. In TMEM70-lacking patient fibroblasts the low content of ATP synthase induces compensatory adaptive upregulation of mitochondrial respiratory chain complexes III and IV, interestingly by a posttranscriptional mechanisms. The second type of ATP synthase deficiency studied was mtDNA m.9205delTA mutation affecting maturation of MT-ATP8/MT-ATP6/MT-CO3 mRNA and thus biosynthesis of Atp6 (subunit a) and Cox3...