Molecular Control of Cardiomyocyte Mitophagy by the RhoGAP GRAF1

RhoGAP GRAF1 对心肌细胞线粒体自噬的分子控制

基本信息

  • 批准号:
    10521295
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 43.29万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-12-15 至 2024-11-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Summary Because mitochondrial dysfunction affects ATP production and promotes oxidative damage, these organelles are turned over every 2-3 weeks in healthy cardiomyocytes by a process that involves autophagy. Defects in mitochondrial quality control also enhance the progression of cardiac disease making it critical to identify the mechanisms that regulate this process. Several major pathways have been implicated that involve binding of the cytosolic E3 ubiquitin ligase, Parkin, to the outer mitochondrial membrane followed by the subsequent recruitment of mitochondria into double-membraned autophagosomes. This process is facilitated by the recruitment of the autophagosomal protein, LC3, by LC3-binding receptors that accumulate on damaged mitochondria providing a critical link between the cargo to be degraded and the autophagosome. Although evidence suggests that certain autophagy receptors promote the clearance of specific organelles or organelle components, little is known about the precise LC3-receptors that mediate cardiomyocyte mitophagy. Having previously identified GRAF1 as a critical regulator of cardiac form and function, our current data indicate that GRAF1 plays an important role in regulating cardiomyocyte mitochondrial clearance and metabolism. GRAF1 is expressed at high levels in the heart from E17 onwards and is poised to co-regulate actin- and lipid- dynamics by virtue of its multi-domain structure that includes a lipid binding/bending BAR domain, a phospholipid binding PH domain, a Rho-GAP domain, and a protein-interaction SH3 domain. Importantly, GRAF1 depletion in primary cardiomyocytes led to impaired mitochondrial OXPHOX-mediated ATP generation, mitochondrial membrane depolarization, increased mitochondrial-associated ROS, and increased ischemia/reperfusion-dependent myocyte death. GRAF1 depletion in cultured cardiomyocytes reduced LC3 mediated autophagic flux and led to the accumulation of mitochondria, and we observed similar effects in hearts from genetically modified GRAF1-deficient mice. Mechanistically, we showed that GRAF1 facilitates Parkin-dependent mitophagy by serving as a novel LC3 receptor. Our aims for this award are three-fold: In aim1, we will undertake a step-wise approach using sophisticated pH sensitive fluorophores to identify the precise mechanisms by which GRAF1 regulates cardiomyocyte mitochondrial homeostasis. In aim 2, we will use our newly developed cardiac-restricted GRAF1 knock-out mice to assess GRAF1’s contributions to cardiac metabolic reprogramming and in aim 3 we will use these mice to evaluate a Role of GRAF1-mediated mitophagy in cardioprotection. Results from the experiments proposed herein will provide the scientific foundation for the rational design of strategies to control cardiomyocyte mitophagy and could lead to novel approaches to treat ischemic heart disease.
概括 由于线粒体功能障碍会影响ATP的产生并促进氧化物损伤,因此这些细胞器 通过涉及自噬的过程,在健康的心肌细胞中每2-3周转动每2-3周。缺陷 线粒体质量控制还增强了心脏病的发展,因此确定 调节此过程的机制。已经暗示几种主要途径,涉及结合 胞质E3泛素连接酶Parkin到外部线粒体膜,然后是随后的 将线粒体募集到双膜自噬体中。这个过程由 通过累积在受损的LC3结合受体中募集自噬体蛋白LC3 线粒体在降解的货物与自噬体之间提供了关键的联系。虽然 有证据表明,某些自噬接收器促进了特定细胞器或细胞器的清除 成分,对介导心肌细胞线粒体的精确LC3受体知之甚少。有 先前确定的GRAF1是心脏形式和功能的关键调节剂,我们当前的数据表明 GRAF1在调节心肌细胞线粒体清除和代谢方面起着重要作用。 graf1 从E17开始时在心脏中高水平表达,并且被毒化以共同调节肌动蛋白和脂质 动力学凭借其多域结构,包括脂质结合/弯曲棒域,a 磷脂结合pH结构域,Rho-gap结构域和蛋白质交互SH3结构域。重要的是, 原发性心肌细胞中的GRAF1耗竭导致线粒体oxphox介导的ATP受损 生成,线粒体膜去极化,线粒体相关的ROS增加并增加 缺血/再灌注依赖性肌细胞死亡。培养的心肌细胞中的GRAF1耗竭减少LC3 介导的自噬通量并导致线粒体的积累,我们观察到了相似的影响 转基因的GRAF1缺陷小鼠的心脏。从机械上讲,我们表明Graf1的最爱 通过用作新型LC3接收器,依赖Parkin的线粒体。我们获得该奖项的目标是三个方面: AIM1,我们将使用复杂的pH敏感荧光团采用逐步的方法来识别 GRAF1调节心肌细胞线粒体稳态的精确机制。在AIM 2中,我们将 使用我们新开发的心脏限制的GRAF1敲除小鼠来评估Graf1对心脏的贡献 代谢重编程,在AIM 3中,我们将使用这些小鼠评估GRAF1介导的作用 心脏保护中的线粒体。本文提出的实验的结果将提供科学 控制心肌细胞线粒体的策略的合理设计基础,并可能导致新颖 治疗缺血性心脏病的方法。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
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会议论文数量(0)
专利数量(0)
Reply to 'Lactate as a major myokine and exerkine'.
回复“乳酸作为主要的肌动因子和运动因子”。
  • DOI:
    10.1038/s41574-022-00726-y
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Chow,LisaS;Gerszten,RobertE;Taylor,JoanM;Pedersen,BenteK;vanPraag,Henriette;Trappe,Scott;Febbraio,MarkA;Galis,ZorinaS;Gao,Yunling;Haus,JacobM;Lanza,IanR;Lavie,CarlJ;Lee,Chih-Hao;Lucia,Alejandro;Moro,Cedric;Pandey,A
  • 通讯作者:
    Pandey,A
Down-regulation of Beclin1 promotes direct cardiac reprogramming.
  • DOI:
    10.1126/scitranslmed.aay7856
  • 发表时间:
    2020-10-21
  • 期刊:
  • 影响因子:
    17.1
  • 作者:
    Wang L;Ma H;Huang P;Xie Y;Near D;Wang H;Xu J;Yang Y;Xu Y;Garbutt T;Zhou Y;Liu Z;Yin C;Bressan M;Taylor JM;Liu J;Qian L
  • 通讯作者:
    Qian L
The actin depolymerizing factor destrin serves as a negative feedback inhibitor of smooth muscle cell differentiation.
肌动蛋白解聚因子 destrin 充当平滑肌细胞分化的负反馈抑制剂。
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