Paper de les proteïnes de fusió mitocondrial Opa1 i Mfn1 durant la diferenciació miogènica

Abstract

Les mitocòndries generen la major part de l’energia necessària per a la funció cel·lular mitjançant la respiració i la fosforilació oxidativa. Quan els mioblasts diferencien a miotubs, la biogènesi mitocondrial i l’activitat enzimàtica mitocondrial augmenta. A més, la regeneració muscular també està acompanyada d’un augment en l’activitat enzimàtica mitocondrial. I la dinàmica mitocondrial és essencial per mantenir les funcions bioenergètiques mitocondrials. Opa1 i la Mitofusina 1 (Mfn1) són dues proteïnes de fusió mitocondrial involucrades en la dinàmica mitocondrial. Els meus resultats mostren que la pèrdua de funció de Opa1 i Mfn1 redueix dràsticament la diferenciació miogènica en les cèl·lules C2C12. Per una banda, s'observa una gran disminució en l'expressió dels marcadors finals de la diferenciació com la Caveolina 3 o la cadena pesada de miosina (MHC). A més, hi ha una disminució prou marcada en l'expressió de la Miogenina, causada per una disminució en l'activitat de MyoD. En canvi, la pèrdua de funció de mitofusina 2 (Mfn2), una altra proteïna de fusió mitocondrial, no mostra aquests canvis durant el procés de diferenciació. La respiració mitocondrial es veu fortament afectada per deficiència en Opa1 o en Mfn1, de manera que es detecta, un major “leak”, una menor capacitat respiratòria màxima, i una augmentada producció mitocondrial de peròxid d'hidrogen. L'observació que els defectes en la miogènesi estan parcialment normalitzats mitjançant l’ús d’antioxidants en les cèl·lules amb silenciament de Opa1 o Mfn1, indica que la disfunció mitocondrial pot ser important en algunes de les alteracions detectades durant la miogènesi. A més, la deficiència de Opa1 o Mfn1 en múscul esquelètic, provoca un alentiment en la regeneració muscular de ratolins i la repressió total de Opa1 en el múscul esquelètic de ratolí condueix a una miopatia, una reducció en el creixement del múscul i una disminuïda longevitat. En resum, les nostres dades indiquen que Opa1 i Mfn1 regulen miogènesi i que la pèrdua de funció de Opa1 o Mfn1 provoca estrès oxidatiu, que podria ser clau reduint la diferenciació muscular. En resum, he demostrat que Opa1 i Mfn1 regulen la diferenciació de les cèl·lules musculars en cultiu i la regeneració muscular en ratolins. Així mateix, aquestes proteïnes podrien participar en la formació normal del múscul esquelètic.

Mitochondria generate most of the energy necessary for cellular function via respiration and oxidative phosphorylation (OXPHOS). When myoblasts differentiate into myotubes, mitochondrial biogenesis is increased. Likewise, muscle regeneration is also accompanied by an increased mitochondrial biogenesis. Mitochondrial dynamics is essential for the maintenance of mitochondrial bioenergetic functions. Optic atrophy 1 (Opa1) and Mitofusin 1 (Mfn1) are two mitochondrial fusion proteins involved in mitochondrial dynamics. Here I show that Opa1 and Mfn1 loss of function impairs myogenic differentiation in C2C12 cells. On the one hand, we detect a reduced expression of late differentiation markers as Caveolin 3 or MHC. In addition, a reduced expression of Myogenin and reduced activity of MyoD is documented. In contrast, Mitofusin 2 (Mfn2) loss of function, another mitochondrial fusion protein, does not show these changes during the differentiation process. We find that mitochondrial respiration is heavily impaired, showing a higher leak, a lower ETS capacity, and increased mitochondrial hydrogen peroxide levels in living Opa1 and Mfn1 knocked-down C2C12 myoblasts. The observation that defects in myogenic differentiation are partly normalized by antioxidants in Opa1 or Mfn1 silenced cells indicates that mitochondrial dysfunction may be relevant in some of the alterations we detected during myogenesis. In addition, upon Opa1 or Mfn1 silencing, muscle regeneration is disrupted in adult mice and Opa1 depletion in skeletal muscle leads to a myopatic condition, reduced growth and reduced lifespan. In summary, our data indicate that Opa1 and Mfn1 regulate myogenesis and that Opa1 or Mfn1 loss-of-function causes oxidative stress, which may be key for dysregulation of muscle differentiation. As conclusion, we propose Opa1 and Mfn1 as potential regulators of muscle cell differentiation, muscle regeneration and muscle formation.