The NLRX1-SLC39A7 complex orchestrates mitochondrial dynamics and mitophagy to rejuvenate intervertebral disc by modulating mitochondrial Zn 2+ trafficking

粒体自噬 细胞生物学 生物 品脱1 线粒体分裂 线粒体 线粒体融合 MFN2型 DNM1L型 程序性细胞死亡 自噬 线粒体DNA 细胞凋亡 生物化学 基因
作者
Yu Song,Huaizhen Liang,Gaocai Li,Liang Ma,Dingchao Zhu,Weifeng Zhang,Bide Tong,Shuai Li,Yong Gao,Xinghuo Wu,Yukun Zhang,Xiaobo Feng,Kun Wang,Yang Cao
出处
期刊:Autophagy [Taylor & Francis]
卷期号:20 (4): 809-829 被引量:20
标识
DOI:10.1080/15548627.2023.2274205
摘要

Intervertebral disc degeneration (IDD) is the most critical pathological factor in the development of low back pain. The maintenance of nucleus pulposus (NP) cell and intervertebral disc integrity benefits largely from well-controlled mitochondrial quality, surveilled by mitochondrial dynamics (fission and fusion) and mitophagy, but the outcome is cellular context-dependent that remain to be clarified. Our studies revealed that the loss of NLRX1 is correlated with NP cell senescence and IDD progression, which involve disordered mitochondrial quality. Further using animal and in vitro tissue and cell models, we demonstrated that NLRX1 could facilitate mitochondrial quality by coupling mitochondrial dynamic factors (p-DNM1L, L-OPA1:S-OPA1, OMA1) and mitophagy activity. Conversely, mitochondrial collapse occurred in NLRX1-defective NP cells and switched on the compensatory PINK1-PRKN pathway that led to excessive mitophagy and aggressive NP cell senescence. Mechanistically, NLRX1 was originally shown to interact with zinc transporter SLC39A7 and modulate mitochondrial Zn2+ trafficking via the formation of an NLRX1-SLC39A7 complex on the mitochondrial membrane of NP cells, subsequently orchestrating mitochondrial dynamics and mitophagy. The restoration of NLRX1 function by gene overexpression or pharmacological agonist (NX-13) treatment showed great potential for regulating mitochondrial fission with synchronous fusion and mitophagy, thus sustaining mitochondrial homeostasis, ameliorating NP cell senescence and rejuvenating intervertebral discs. Collectively, our findings highlight a working model whereby the NLRX1-SLC39A7 complex coupled mitochondrial dynamics and mitophagy activity to surveil and target damaged mitochondria for degradation, which determines the beneficial function of the mitochondrial surveillance system and ultimately rejuvenates intervertebral discs.
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