TMEM70 onemocnění
Zvířecí modely lidských mitochondriálních onemocnění umožňují detailně mapovat patogenní mechanismy, od molekulární úrovně po celý organismus.
Již dřívější studie pracovníků Fyziologického ústavu AV ČR ukázaly, že pro úspěšné sestavení komplexu mitochondriální ATP syntázy, enzymu zodpovědného za produkci většiny buněčného ATP, je nezbytná přítomnost faktoru TMEM70, 21-kDa proteinu, který specificky napomáhá tomuto procesu. Mutace TMEM70 genu se ukázaly jako hlavní příčina defektu ATP syntázy vedoucí k těžké mitochondriální chorobě, novorozenecké encefalo-kardiomyopatii (OMIM 604273). Další studium TMEM70 faktoru bylo umožněno přípravou modelu myší s odstraněným Tmem70-/- genem (knockout model). Absence Tmem70 proteinu vedla k výrazné růstové retardaci a embryonální letalitě okolo dne 9,5 po oplodnění. ATP syntáza u embryí byla snížená o 80% a její biogeneze se zastavila v časné fázi, po vytvoření katalytické F1 části enzymu. Redukce ADP-stimulované respirace, respirační kontroly a obsahu ATP/ADP nukleotidů dokumentovaly závažnou poruchu mitochondriální tvorby ATP. Zpoždění vývoje kardiovaskulárního systému u Tmem70-/- embryí bylo spojenou i s poruchou ultrastruktury srdečních mitochondrií. Tyto studie jasně ukázaly, že knockout Tmem70 faktoru vede u myší k embryonální letalitě, která je výsledkem nedostatku ATP syntázy a poruchy energetické funkce mitochondrií. Plně se tak potvrdil předpokládaný mechanismus TMEM70 dysfunkce u člověka.
Snížení obsahu ATP syntázy a akumulace F1 subkomplexu v Tmem70-/- knockout embryích.
Modrá nativní elektroforéza ATP syntázy (F1Fo) a komplexů respiračního řetězce v kontrolních (+/+), null (-/-) a heterozygotních (+/-) Tmem70 knockout E9 embryích. Detekce ATPázové aktivity v gelu a imunodetekce protilátkami proti ATP syntáze (F1-α podjednotka) a respiračním komplexům II-IV (CII – SDHA podjednotka; CIII – Core 1 podjednotka; CIV – Cox4 podjednotka).
Změny morfologie Tmem70-/- knockout embryí
(A) Konfokální mikroskopie retardovaného srdce u knockout (-/-) embrya ve srovnání s kontrolními (+/+) a heterozygotními (+/-) E9.5 embryi. OT – vnější trakt, LV – levá komora, LA – levá předsíň, NA – neuroporus anterior; Immunohistochemické detekce: SMA (alfa aktin hladkého svalu), červeně – myokard; CD31, zeleně – endokard; Hoechst 33342, modře – jádra; šipka – počínající trabekulace, měřítko 100 µm. (B) Elektronová mikroskopie poruchy krist srdečních mitochondriálních u (-/-) embryí ve srovnání s kontrolami (+/+). M – mitochondrie, MF – myofibrily, LM – lýza mitochondrií, N – jádro, měřítko 1 µm.
Vrbacký, Marek – Kovalčíková, Jana – Chawengsaksophak, Kallayanee – Beck, Inken – Mráček, Tomáš – Nůsková, Hana – Sedmera, David – Papoušek, František – Kolář, František – Sobol, Margarita – Hozák, Pavel – Sedlacek, Radislav – Houštěk, Josef. Knockout of Tmem70 alters biogenesis of ATP synthase and leads to embryonal lethality in mice. Human Molecular Genetics, Vol. 25, No 21 (2016), p. 4674-4685. IF=5.985
