Regulación de la bioenergética mitocondrial por Mfn2 mediante los contactos RE-mitocondria y su implicación en la fisiología neuronal

Abstract

Las mitofusinas 1 y 2 son unas GTPasas que se encuentran en la membrana mitocondrial externa, donde llevan a cabo el proceso de fusión mitocondrial. La existencia de mutaciones en Mfn2 es la principal causa de la enfermedad de Charcot- Marie-Tooth tipo 2A, un grupo de distintas neuropatías caracterizadas por degeneración axonal. Por otro lado, otras alteraciones en Mfn2 también han sido descritas en múltiples enfermedades neurodegenerativas crónicas, en episodios traumáticos agudos como accidentes cerebrovasculares e incluso otras enfermedades no neurológicas como las cardiometabólicas. Un gran número de estudios han demostrado que Mfn2 está relacionada con la regulación del metabolismo y la bioenergética mitocondrial, ya que su supresión afecta negativamente ambos procesos y su sobreexpresión los estimula. Dado el papel del metabolismo mitocondrial en la fisiopatología de estas enfermedades, entender el mecanismo por el que Mfn2 regula la bioenergética mitocondrial resulta de gran importancia.

En esta tesis se demostró que la activación de la bioenergética mitocondrial por parte de Mfn2 requiere su localización en el retículo endoplasmático (RE) y es independiente a su función como proteína de fusión mitocondrial. A diferencia de Mfn1, Mfn2 se encuentra presente en el RE, concretamente en las membranas asociadas con las mitocondrias. Los contactos entre ambos orgánulos son de vital importancia en las células, ya que, entre otras funciones esenciales, crean micro-dominios que permiten la transferencia de Ca2+ del RE hacia las mitocondrias. Por su parte, el Ca2+ captado por las mitocondrias estimula diferentes enzimas del metabolismo mitocondrial y complejos encargados de mantener la bioenergética mitocondrial. En esta tesis, se observó que células carentes de Mfn2 también manifiestan defectos en la homeostasis del Ca2+ y en el mantenimiento de los contactos RE-mitocondrias. Mediante el uso de un enlazador artificial que mimetiza la función enlazadora de Mfn2 o diferentes formas de Mfn2 dirigidas a ambos orgánulos, se determinó que Mfn2 actúa como complejo enlazador de RE y mitocondrias, propiciando la formación de contactos óptimos para la transferencia de Ca2+ del RE a las mitocondrias. A su vez, el restablecimiento de la captación de Ca2+ por las mitocondrias gracias a la función enlazadora de Mfn2 fue

capaz de estimular la bioenergética mitocondrial, definiendo de este modo un

mecanismo por el cual Mfn2 regula la bioenergética mitocondrial a través de los contactos RE-mitocondria.

La relevancia fisiológica de estos resultados se mostró en dos procesos neuronales. Por un lado, la falta de Mfn2 provocó alteraciones en el crecimiento neurítico y la formación de espinas dendríticas durante el periodo de desarrollo neuronal en modelos in vivo de ratón knockout para Mfn2. Estas alteraciones, fueron rescatadas in vitro mediante el enlazador artificial de RE-mitocondrias. Usando distintas formas de Mfn2 dirigidas específicamente a RE o mitocondria, se determinó que el mecanismo por el cual Mfn2 regula la bioenergética a través de los contactos RE-mitocondrias podría ser esencial durante el desarrollo neuronal para un correcto crecimiento y ramificación de sus neuritas.

Por otro lado, el restablecimiento de los contactos RE-mitocondria protegió contra la excitotoxicidad. Mfn2 destaca también por su capacidad neuroprotectora frente diferentes tipos de lesiones como daño al ADN, estrés oxidativo o privación de iones K+. Frente a una sobreactivación persistente de los receptores de NMDA, acontece un aumento continuo y acusado de Ca2+ intracelular que desencadena en muerte neuronal. Durante este proceso, los niveles de Mfn2 decrecen, hecho que correlaciona con una mayor predisposición neuronal a la apoptosis. En este estudio, se determinó que la función enlazadora de Mfn2 podría estar relacionada con el reclutamiento de Bax hacia las mitocondrias, hecho típicamente definitorio de un proceso apoptótico. De este modo, se propone este mecanismo como una potencial diana terapéutica en procesos patológicos como los accidentes cerebrovasculares isquémicos, en los cuales aparecen eventos excitotóxicos y los niveles de Mfn2 se ven reducidos.