Structural and functional remodeling of mitochondria as an adaptive response to energy deprivation

线粒体 生物能学 氧化磷酸化 细胞生物学 糖酵解 安普克 癌细胞 瓦博格效应 生物 线粒体分裂 化学 磷酸化 生物化学 蛋白激酶A 新陈代谢 癌症 遗传学
作者
Andrey V. Kuznetsov,Sabzali Javadov,Raimund Margreiter,Michael Grimm,Judith Hagenbuchner,Michael J. Ausserlechner
出处
期刊:Biochimica Et Biophysica Acta - Bioenergetics [Elsevier]
卷期号:1862 (6): 148393-148393 被引量:7
标识
DOI:10.1016/j.bbabio.2021.148393
摘要

Cancer cells bioenergetics is more dependent on glycolysis than mitochondrial oxidative phosphorylation, a phenomenon known as the Warburg Effect. It has been proposed that inhibition of glycolysis may selectively affect cancer cells. However, the effects of glycolysis inhibition on mitochondrial function and structure in cancer cells are not completely understood. Here, we investigated the comparative effects of 2-deoxy-d-glucose (2-DG, a glucose analogue, which suppresses cellular glycolysis) on cellular bioenergetics in human colon cancer DLD-1 cells, smooth muscle cells, human umbilical vein endothelial cells and HL-1 cardiomyocytes. In all cells, 2-DG treatment resulted in significant ATP depletion, however, the cell viability remained unchanged. Also, we did not observe the synergistic effects of 2-DG with anticancer drugs doxorubicin and 5-fluorouracil. Instead, after 2-DG treatment and ATP depletion, mitochondrial respiration and membrane potential were significantly enhanced and mitochondrial morphology changed in the direction of more network organization. Analysis of protein expression demonstrated that 2-DG treatment induced an activation of AMPK (elevated pAMPK/AMPK ratio), increased mitochondrial fusion (mitofusins 1 and 2) and decreased fission (Drp1) proteins. In conclusion, this study suggests a strong link between respiratory function and structural organization of mitochondria in the cell. We propose that the functionality of the mitochondrial network is enhanced compared to disconnected mitochondria.
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