Cytosolic and mitochondrial Calcium-independent phospholipase A2 (VIA and VIB iPLA2): Non-canonical iPLA2 functions in calcium regulation und mitochondrial functionality as mediator for neuroprotection
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Wir verwenden Mausmodelle von INAD (infantile neuroaxonal dystrophy), einer neurodegenerativen Krankheit mit Mutationen im Pla2g6 Gen. PLA2G6 kodiert für die VIA iPLA2. Die Ziele sind Analyse der i) nicht-kanonischen Funktionen der VIA iPLA2 im Gehirn und ii) der molekularen Mechanismen der INAD Pathologie. Nicht-kanonische Funktionen der Gruppe VI iPLA2 sind Regulation i) mitochondrialer Funktionen und ii) der Ca2+ Homöostase, sowie iii) apoptotischer Signalwege. Wir untersuchten in 3 INAD Mausmodellen, die wesentliche Szenarien der Pla2g6 Mutationen darstellen, isolierte Mitochondrien und Hirnzellen in Kultur. Wir hatten als neues INAD Modell auch die Pla2g6 KO Mauslinie, welche zum Zeitpunkt der Einreichung des Antrags noch nicht verfügbar war. In den 3 Mutanten fanden wir gestörtes Ca2+ signaling in Neuronen und Astrozyten. Wir führen die Änderung des Ca2+ signaling auf niedrige iPLA2 Aktivität zurück und schließen andere mögliche Funktionen des Proteins aus, da der Effekt in den 3 Mutanten (inaktive VIA iPLA2, hypomorphe VIA iPLA2, und KO Pla2g6) identisch ist, und, ganz wichtig, durch pharmakologische VIA iPLA2 Hemmung reproduziert wird. Die neuartige Erkenntnis pathologischer INAD-Mechanismen ist die Störung des Ca2+ Umsatzes durch Mitochondrien. Ca2+ signaling, eine Voraussetzung für adäquates Neuron-Astrozyten signaling fanden wir geändert in Zellen mit Mutationen des Pla2g6. Unsere Daten helfen, die molekularen Mechanismen der INAD Pathologie zu verstehen. Wir stellen auch einen neuen Mechanismus der Regulation des Glu-induzierten Ca2+ signaling in Neuronen vor, wobei Mitochondrien den Ca2+ Einstrom via GluR Rezeptoren durch Ca2+ Prozessierung verstärken. Mitochondriales Ca2+ Prozessieren (MCU) ist definiert als gemeinsames Werk von Ca2+-Aufnahme via mitochondriale Ca2+ Uniporter und Freisetzung via mitochondriale Ca2+ Austauscher. Unsere Daten verbinden gestörtes Ca2+ Prozessieren durch Mitochondrien mit gestörter Ca2+ Homöostase bei INAD-Mäusen. Wir beweisen, dass reduzierte iPLA2 Aktivität zu erhöhter ROS Erzeugung und zu Lipidperoxid-Entstehung und letztlich zu Zelltod führt. Die Hauptprodukte der iPLA2 Aktivität im Gehirn, Docosahexaensäure (DHA) and Lysophosphatidylcholin mildern den negativen Effekt reduzierter iPLA2 Aktivität. Für DHA zeigten wir Protektion durch “mild uncoupling”. Unsere Studien umfassen alle Ziele des ursprünglichen Antrags. Wir untermauern die Resultate durch Erweiterung der Studie auf die Rolle des mitochondrialen Ca2+ processing bei Glu-induziertem Ca2+ signaling in Neuronen und Mechanismen der Lipotoxizität im Gehirn, und verbinden so Mechanismen mitochondrialer Dysfunktion mit Störung der Ca2+ Regulation bei INAD letztlich mit den non-kanonischen Funktionen der VIA iPLA2.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2012). "Severe disturbance in the Ca2+ signaling in astrocytes from mouse models of human infantile neuroaxonal dystrophy with mutated Pla2g6." Hum Mol Genet 21(12): 2807-14
Strokin, M., K. L. Seburn, et al.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1093/hmg/dds108) - (2014). "Putative roles of Ca2+ -independent phospholipase A2 in respiratory chain-associated ROS production in brain mitochondria: influence of docosahexaenoic acid and bromoenol lactone." J Neurochem 131(2): 163-76
Nordmann, C., M. Strokin, et al.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1111/jnc.12789) - (2016) Brain Lipotoxicity of Phytanic Acid and Very Long-chain Fatty Acids. Harmful Cellular/Mitochondrial Activities in Refsum Disease and X-Linked Adrenoleukodystrophy. Aging Dis. Mar 15;7(2):136-49
Schönfeld P, Reiser G
(Siehe online unter https://doi.org/10.14336/AD.2015.0823) - (2016). "Mitochondria from a mouse model of the human infantile neuroaxonal dystrophy (INAD) with genetic defects in VIA iPLA2 have disturbed Ca2+ regulation with reduction in Ca2+ capacity." Neurochem Int 99: 187-193
Strokin, M. and G. Reiser
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.neuint.2016.07.002) - (2016). "Mitochondrial Ca2+ Processing by a Unit of Mitochondrial Ca2+ Uniporter and Na+/Ca2+ Exchanger Supports the Neuronal Ca2+ Influx via Activated Glutamate Receptors." Neurochem Res 41(6): 1250-62
Strokin, M. and G. Reiser
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s11064-015-1819-3) - (2017) Neurons and astrocytes in an infantile neuroaxonal dystrophy (INAD) mouse model show characteristic alterations in glutamate-induced Ca2+ signaling. Neurochem Int.108:121-132
Strokin M, Reiser G
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.neuint.2017.03.004)
