Regulación transcripcional del gen de Mitofusina 2 en músculo esquelético

Abstract

Mitofusina 2 (Mfn2) es una proteína de fusión mitocondrial. Las evidencias experimentales demuestran una menor expresión génica de <i>Mfn2</i> en músculo esquelético de sujetos obesos y pacientes diabéticos de tipo 2. Al inhibir la expresión de Mfn2 en células en cultivo se reduce el consumo de oxígeno, el potencial de membrana mitocondrial y la oxidación de glucosa, indicando un papel relevante de Mfn2 en la biología mitocondrial así como en la fisiopatología de la obesidad y/o la diabetes de tipo 2. Además, se han relacionado mutaciones en el gen de <i>Mfn2</i> con la neuropatía de Charcot-Marie-Tooth de tipo 2 y se le ha descrito un papel antiproliferativo en desordenes vasculares. Consecuentemente, el estudio de la regulación de la expresión génica de <i>Mfn2</i> es de notable interés.<br/>En esta tesis, se ha clonado el promotor humano de <i>Mfn2</i> y se ha determinado que carece de caja TATA y se localiza en una isla CpG, lo que lo hace susceptible de ser regulado por metilación. En músculo esquelético posee al menos 6 inicios de transcripción en una ventana de 171 pares de bases. Estudios con genes reporteros han determinado que Sp1 podría tener un papel relevante dirigiendo a la maquinaria basal de transcripción para formar el complejo de preiniciación. La expresión de <i>Mfn2</i> es mayor en tejidos con requerimientos energéticos elevados. Ensayos con genes reporteros han permitido identificar factores de transcripción que podrían ser responsables de la expresión dependiente de tejido.<br/>Se ha estudiado con detalle la inducción de <i>Mfn2</i> en músculo esquelético y tejido adiposo marrón con la exposición al frío y tratamiento con agonistas de los receptores beta-3-adrenérgicos, condiciones ambas caracterizadas por un elevado gasto energético. El aumento de expresión de <i>Mfn2</i> en estas condiciones es mediado por PGC-1-alfa&#61472;el cual coactiva a ERR-alfa que se une al promotor de <i>Mfn2</i> en forma de monómero entre las bases -413 y -408. El incremento del potencial de membrana mitocondrial asociado a la expresión de PGC-1-alfa es inhibido por la represión de la expresión de <i>Mfn2</i>. Mfn2 podría ser un efector crucial en la activación mitocondrial inducida por PGC-1-alfa. <br/>Se han aportado nuevas evidencias de la relevancia de Mfn2 en el control de la oxidación mitocondrial de substratos al mostrar una mayor expresión de Mfn2 en fibras musculares oxidativas que en fibras glucolíticas. La transcripción de <i>Mfn2</i> aumenta en respuesta a incrementos en la concentración de calcio intracelular. Nuestros resultados sugieren que MEF2, el cual se une y activa al promotor de <i>Mfn2</i>, podría ser un efector de la cascada de señalización iniciada por el calcio citosólico. <br/>Los datos obtenidos indican que la expresión de <i>Mfn2</i> en músculo esquelético se incrementan en condiciones de elevado gasto energético lo cual estimula la oxidación de substratos y provoca incrementos en el potencial de membrana mitocondrial. Dependiendo de la demanda celular de ATP, el potencial de membrana mitocondrial se disipa para producir ATP o generar calor.<br/><br/>ENGLISH

Mitofusin 2 (Mfn2) is a mitochondrial fusion protein. Mfn2 have been related in several diseases such as neuropathy of Charcot-Marie-Tooth type 2A, vascular proliferative disorders and type 2 diabetes and obesity. Consequently, the mechanisms that regulate <i>Mfn2</i> gene expression are of relevance. <br/>The human <i>Mfn2</i> promoter was cloned, showing it is located in a CpG island and lacks TATA box. That makes <i>Mfn2</i> promoter susceptible to be regulated by methylation. In skeletal muscle transcription is initiated in at least 6 points in a 171 bp window. Sp1 may direct the basal machinery to form a preinitiation complex in human <i>Mfn2</i> promoter.<br/><i>Mfn2</i> is highly expressed in tissues with elevated energy demand. Gene reporter assays allowed to identify some transcription factors that may mediate tissue specific expression. <br/><i>Mfn2</i> was induced with cold and &#61538;-3-adrenergic receptor agonist exposure, conditions associated with enhanced energy expenditure. The cold induced coactivator PGC-1&#61537;&#61472;regulated <i>Mfn2</i> expression requiring the integrity of an estrogen-related receptor alpha (ERR-alpha&#61481;-binding element located at -413/-408. ERR-alpha also activated the transcriptional activity of the <i>Mfn2</i> promoter and the effects were synergic with those of PGC-1-alpha&#61472;Repression of Mfn2 reduces oxygen consumption, glucose oxidation and mitochondrial membrane potential. Using <i>knock down</i> strategy was showed that Mfn2 cold play a crucial role in mitochondrial energization by PGC-1-alpha <br/>Mfn2 showed higher expression in slow twitch oxidative muscle fibres than in fast twitch glucolitic fibres. This is a new evidence of Mfn2 as regulator of substrate oxidation. We proved that <i>Mfn2</i> gene expression was regulated by calcium. High intracellular calcium levels in oxidative muscle fibres could be the initiator of the cascade that results in higher <i>Mfn2</i> expression. One of the downstream effectors of calcium is MEF2 that binds and activates <i>Mfn2</i> promoter. <br/>Data provided indicated that <i>Mfn2</i> expression was increased in skeletal muscle when energy demand is high. The increases in <i>Mfn2</i> expression supposed a higher mitochondrial membrane potential, this mitochondrial membrane potential could be dissipated coupled to ATP synthesis (oxidative muscle) or uncoupled to produce heat (cold exposure) depending the energetic requirements of the cell in each case.