Pesquisadores da Escola de Medicina da Universidade Johns Hopkins descobriram um mecanismo regulador duplo que protege a integridade mitocondrial por meio das ações combinadas de Parkin–PINK1 e OMA1. O estudo revela que esses sistemas responsivos ao estresse controlam a fusão mitocondrial em condições fisiológicas normais. A perda de ambas as proteínas leva a anormalidades mitocondriais graves, desenvolvimento prejudicado e mortalidade precoce em camundongos.

As células respondem a estresses patogênicos e extrínsecos por meio de mecanismos que salvaguardam a saúde mitocondrial. Pesquisas anteriores vinculam respostas prejudicadas ao estresse mitocondrial com neurodegeneração, insuficiência cardíaca e síndrome metabólica . Parkin–PINK1 e OMA1 são sensores de estresse conhecidos ativados pela disfunção mitocondrial.

Parkin, uma ligase de ubiquitina E3, é recrutada para a membrana mitocondrial externa através da fosforilação de PINK1, promovendo processos de degradação mitocondrial.

OMA1 é uma protease de membrana interna mitocondrial que inibe a fusão ao clivar a GTPase de fusão OPA1. Embora individualmente não essencial em condições normais, a perda combinada de Parkin e OMA1 sugere uma relação compensatória entre os dois sistemas.

No estudo, intitulado "Regulação dupla da fusão mitocondrial por Parkin–PINK1 e OMA1", publicado na Nature , os pesquisadores analisaram a perda do sensor de estresse em dezoito modelos de camundongos, incluindo knockouts simples, duplos e triplos.

Nocautes duplos homozigotos sistêmicos de Parkin e OMA1 exibiram tamanho corporal pequeno, atividade locomotora diminuída, convulsões e morte prematura com uma sobrevivência média de 70 dias. Fenótipos semelhantes foram observados em camundongos knockout de Pink1 e OMA1 , ressaltando o papel de Parkin–PINK1 neste mecanismo.

A morfologia mitocondrial foi examinada por microscopia de imunofluorescência confocal a laser em dez sub-regiões cerebrais e oito órgãos principais. Camundongos knockout de Parkin e OMA1 apresentaram mitocôndrias aumentadas, particularmente na ponte/medula e no coração do cérebro.

A microscopia eletrônica de transmissão confirmou dobras reduzidas da membrana interna nessas megamitocôndrias. A redução seletiva de OPA1 ou MFN1 resgatou significativamente anormalidades mitocondriais, sobrevivência e atividade locomotora, enquanto a redução de MFN2 não teve efeito.

O sequenciamento de RNA da ponte/medula revelou a regulação positiva de genes de resposta imune inata em camundongos knockout de Parkin/Oma1. O DNA mitocondrial liberado (mtDNA) foi detectado no citosol, ativando a via STING. Nocautes triplos, incluindo Stinggt/gt, melhoraram a sobrevivência e o tamanho corporal, destacando o papel do STING nas respostas imunes observadas.

A análise metabolômica identificou 188 metabólitos sem diferenças significativas entre os knockouts selvagens e duplos. As atividades enzimáticas do ciclo do TCA e as taxas de respiração mitocondrial permaneceram inalteradas, indicando que a interrupção metabólica não foi o defeito primário.

No fígado, knockouts triplos (Alb-Drp1flox/floxParkinflox/floxOma1flox/flox) mostraram aumento mitocondrial exacerbado e comprometimento da mitofagia em comparação com knockouts Drp1 sozinhos. Esses defeitos se correlacionaram com níveis elevados de alanina aminotransferase sérica, indicando dano hepático.

A análise do neurônio motor mostrou contagens reduzidas de neurônios na medula espinhal torácica e lombar de knockouts duplos, explicando déficits locomotores. Neurônios dopaminérgicos na substância negra e níveis de dopamina no estriado não foram afetados.

Os resultados experimentais abrangentes demonstram que Parkin–PINK1 e OMA1 controlam eventos de membrana externa e interna, compensando um ao outro quando necessário (como quando o outro está ausente) e prevenindo colaborativamente o excesso de fusão mitocondrial enquanto mantém a estrutura mitocondrial e a integridade do genoma. A perda de ambas as vias interrompe a dinâmica mitocondrial, desencadeando respostas imunes e disfunção orgânica, indicando que o mecanismo regulatório duplo é crítico para o desenvolvimento, fisiologia e sobrevivência animal.