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Authors: Pfeiffer, Annika I.
Title: Alterations of mitochondrial form and function caused by resistance against oxidative stress and cytoprotective, mitochondrial proteins
Online publication date: 17-Jun-2017
Language: english
Abstract: Mitochondria are crucial for cellular metabolism, a major source for reactive oxygen species and play a central role during cell death. This study showed that acute oxidative stress directly influences mitochondria and induces changes in mitochondrial form and function. Analysis of glutamate-resistant HT22R cells showed that adaptations against oxidative stress included a less fragmented mitochondrial shape, a reduced mitochondrial respiration, and an increase in pentose phosphate pathway activity for NADPH production used for recovery of the important antioxidant glutathione. Furthermore, two mitochondrial and cytoprotective proteins seem to influence mitochondria. In SH-SY5Y cells, oxidative stress-protecting, mitochondrial GDAP1 induced mitochondrial fission, but Charcot-Marie-Tooth disease-causing mutated GDAP1 R310Q did not change mitochondrial shape, whereas GDAP1 S34A with mutation of the predicted amino acid for potential glutathione transferase activity triggered strongly mitochondrial elongation. Silencing of GDAP1 influenced mitochondrial morphology, and strongly elevated mitochondrial respiration. The analysis of anti-apoptotic Bcl-xL demonstrated that in mouse embryonic fibroblasts deficiency of Bcl-xL induced mitochondrial fragmentation, reduced mitochondrial respiratory capacity, elevated total glutathione, and increased G6PD abundance and total NADP, which suggests an increase in pentose phosphate pathway activity. However, re-expression of mitochondrial Bcl-xL can prevent these changes. These results indicate that mitochondrial form and function are affected by oxidative stress and that mechanisms against stress can induce mitochondrial alterations and metabolic adaptations.
Mitochondrien sind ausschlaggebend für den zellulären Stoffwechsel, eine bedeutende Quelle für reaktive Sauerstoffspezies und spielen eine zentrale Rolle während des Zelltods. Diese Studie zeigte, dass akuter oxidativer Stress direkt die Mitochondrien beeinflusst und Veränderungen in der mitochondrialen Form und Funktion auslöst. Untersuchung der Glutamat-resistenten HT22R Zellen zeigte, dass Anpassungen gegen oxidativen Stress eine geringere fragmentierte mitochondriale Form, eine reduzierte mitochondriale Respiration und eine Erhöhung der Pentosephosphatweg Aktivität zur NADPH Produktion für die Rückgewinnung des wichtigen Antioxidans Glutathion beinhaltete. Des Weiteren scheinen zwei mitochondriale und zytoprotektive Proteine die mitochondriale Form und Funktion zu beeinflussen. In SH-SY5Y Zellen bewirkte oxidativen Stress-schützendes GDAP1 mitochondriales Fission, jedoch beeinflusste Charcot-Marie-Tooth-Erkrankung auslösendes, mutiertes GDAP1 R310Q nicht die mitochondriale Form, wohingegen GDAP1 S34A mit Mutation der prognostizierten Aminosäure für die potentielle Glutathiontransferaseaktivität eine starke mitochondriale Elongation verursachte. Selbst eine Herunterregulierung von GDAP1 beeinflusste die mitochondriale Morphologie, und erhöhte gravierend die mitochondriale Respiration. Die Analyse von anti-apoptotischen Bcl-xL zeigte, dass in murinen embryonalen Fibroblasten ein Mangel an Bcl-xL mitochondriale Fragmentierung auslöste, die mitochondriale respiratorische Kapazität verringerte, den totalen Glutathiongehalt erhöhte, und die Menge an G6PD sowie totalen NADP erhöhte was auf eine gesteigerte Aktivität des Pentosephosphatwegs hindeutet. Allerdings kann die Expression von mitochondrial lokalisierten Bcl-xL diese Veränderungen verhindern. Diese Ergebnisse zeigen, dass die mitochondriale Form und Funktion durch oxidativen Stress beeinflusst werden und dass Mechanismen gegen Stress mitochondriale Veränderungen verursachen und gegebenenfalls Anpassungen im Energiemetabolismus auslösen.
DDC: 570 Biowissenschaften
570 Life sciences
Institution: Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department: FB 04 Medizin
Place: Mainz
DOI: http://doi.org/10.25358/openscience-863
Version: Original work
Publication type: Dissertation
License: in Copyright
Information on rights of use: https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent: X, 149 Blätter
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