DRP1-mediated mitochondrial fission is essential to maintain cristae morphology and bioenergetics

线粒体分裂 DNM1L型 细胞生物学 线粒体 过氧化物酶体 第一季 生物 生物能学 线粒体融合 MFN2型 线粒体DNA 生物化学 基因
作者
Gabriella L. Robertson,Stellan Riffle,Mira C. Patel,Andrea G. Marshall,Heather K. Beasley,Edgar Garza‐Lopez,Jianqiang Shao,Zer Vue,Antentor Hinton,Jason A. Mears,Vivian Gama
标识
DOI:10.1101/2021.12.31.474637
摘要

Abstract Mitochondria and peroxisomes are both dynamic signaling organelles that constantly undergo fission. While mitochondrial fission is known to coordinate cellular metabolism, proliferation, and apoptosis, the physiological relevance of peroxisome dynamics and the implications for cell fate are not fully understood. DRP1 (dynamin-related protein 1) is an essential GTPase that executes both mitochondrial and peroxisomal fission. Patients with de novo heterozygous missense mutations in the gene that encodes DRP1, DNM1L (Dynamin 1 Like) , present with encephalopathy due to defective mitochondrial and peroxisomal fission (EMPF1). EMPF1 is a devastating neurodevelopmental disease with no effective treatment. To interrogate the mechanisms by which DRP1 mutations cause cellular dysfunction, we used human-derived fibroblasts from patients with mutations in DRP1 who present with EMPF1. As expected, patient cells display elongated mitochondrial morphology and lack of fission. Patient cells display a lower coupling efficiency of the electron transport chain, increased proton leak, and upregulation of glycolysis. In addition to these metabolic abnormalities, mitochondrial hyperfusion results in aberrant cristae structure and hyperpolarized mitochondrial membrane potential, both of which are tightly linked to the changes in metabolism. Peroxisome structure is also severely elongated in patient cells and results in a potential functional compensation of fatty acid oxidation. Understanding the mechanism by which DRP1 mutations cause these metabolic changes will give insight into the role of mitochondrial dynamics in cristae maintenance and the metabolic capacity of the cell, as well as the disease mechanism underlying EMPF1.
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