Optogenetically engineered Ca2+ oscillation-mediated DRP1 activation promotes mitochondrial fission and cell death

线粒体分裂 MFN2型 细胞生物学 生物 DNM1L型 线粒体 磷酸化 线粒体融合 程序性细胞死亡 MFN1型 钙信号传导 磷酸酶 高磷酸化 信号转导 细胞凋亡 线粒体DNA 生物化学 基因
作者
Yi‐Shyun Lai,Cheng-Chi Chang,Y. A. Chen,Taitan Nguyen,Jixuan Xu,Ying‐Chi Chen,Yuan‐Shiun Chang,Chia‐Yih Wang,Pai‐Sheng Chen,Su-Shia Lin,I‐Chen Peng,Shaw-Jenq Tsai,Wen‐Tai Chiu
出处
期刊:Journal of Cell Science [The Company of Biologists]
卷期号:136 (12) 被引量:2
标识
DOI:10.1242/jcs.260819
摘要

Mitochondrial dynamics regulate the quality and morphology of mitochondria. Calcium (Ca2+) plays an important role in regulating mitochondrial function. Here, we investigated the effects of optogenetically engineered Ca2+ signaling on mitochondrial dynamics. More specifically, customized illumination conditions could trigger unique Ca2+ oscillation waves to trigger specific signaling pathways. In this study, we found that modulating Ca2+ oscillations by increasing the light frequency, intensity and exposure time could drive mitochondria toward the fission state, mitochondrial dysfunction, autophagy and cell death. Moreover, illumination triggered phosphorylation at the Ser616 residue but not the Ser637 residue of the mitochondrial fission protein, dynamin-related protein 1 (DRP1, encoded by DNM1L), via the activation of Ca2+-dependent kinases CaMKII, ERK and CDK1. However, optogenetically engineered Ca2+ signaling did not activate calcineurin phosphatase to dephosphorylate DRP1 at Ser637. In addition, light illumination had no effect on the expression levels of the mitochondrial fusion proteins mitofusin 1 (MFN1) and 2 (MFN2). Overall, this study provides an effective and innovative approach to altering Ca2+ signaling for controlling mitochondrial fission with a more precise resolution than pharmacological approaches in the temporal dimension.
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