1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Биологические мембраны: Журнал мембранной и клеточной биологии
  4. T. 39, № 3, 2022

Биологические мембраны: Журнал мембранной и клеточной биологии, 2022, T. 39, № 3, стр. 215-223

N-Концевой фрагмент виментина отвечает за связь с митохондриями in vitro

А. А. Даял a, Н. В. Медведева a, А. А. Минин a, *

a Институт белка РАН
119334 Москва, Россия

* E-mail: alexminin@gmail.com

Поступила в редакцию 17.01.2022
После доработки 29.01.2022
Принята к публикации 31.01.2022

Аннотация

Роль промежуточных филаментов в регуляции функций митохондрий стала очевидной в результате исследований последних лет. Так, ранее было показано, что виментин влияет на подвижность митохондрий и на уровень их мембранного потенциала. Однако было неизвестно, может ли он связываться с митохондриями напрямую, без участия белков-посредников. В настоящей работе при помощи биоинформатического анализа была исследована последовательность виментина и обнаружен участок в N-концевой части молекулы, который может играть роль сигнала митохондриальной локализации, т.е. непосредственно связываться с этими органеллами. Чтобы экспериментально проверить такую возможность, при помощи центрифугирования через сахарозную “подушку” исследовалось связывание митохондрий, изолированных из печени крысы, с протофиламентами, полученными из рекомбинантного виментина человека. Показано, что виментин может связываться с митохондриями in vitro. Обнаружено, что под действием связанной с митохондриями протеазы происходит потеря N-концевой части молекулы виментина и нарушается ее взаимодействие с митохондриями. При помощи ингибиторного анализа было выяснено, что ответственным за деградацию виментина является атипичный кальпаин, цистеиновая Са2+-зависимая протеаза, не чувствительная к действию кальпастатина.

Ключевые слова: митохондрии, виментин, промежуточные филаменты

Список литературы

  1. Минин А.А., Молдавер М.В. 2008. Виментиновые промежуточные филаменты и их роль во внутриклеточном распределении органелл. Успехи биол. химии. 48, 221–252.

  2. Schwarz N., Leube R.E. 2016. Intermediate filaments as organizers of cellular space: How they affect mitochondrial structure and function. Cells. 5 (3), 30.

  3. Wang N., Stamenovic D. 2000. Contribution of intermediate filaments to cell stiffness, stiffening, and growth. Am. J. Physiol. Cell Physiol. 279, 188–194.

  4. Styers M.L., Kowalczyk A.P., Faundez V. 2005. Intermediate filaments and vesicular membrane traffic: The odd couple’s first dance? Traffic. 6, 359–365.

  5. Ivaska J. 2011. Vimentin: Central hub in EMT induction? Small GTPases. 2, 51–53.

  6. Chernoivanenko I.S., Matveeva E.A., Gelfand V.I., Goldman R.D., Minin A.A. 2015. Mitochondrial membrane potential is regulated by vimentin intermediate filaments. FASEB J. 29 (3), 820–827.

  7. Perez-Olle R., Lopez-Toledano M.A., Goryunov D., Cabrera-Poch N., Stefanis L., Brown K., Liem R.K. 2005. Mutations in the neurofilament light gene linked to Charcot-Marie-Tooth disease cause defects in transport. J. Neurochem. 93, 861–874.

  8. Milner D.J., Mavroidis M., Weisleder N., Capetanaki Y. 2000. Desmin cytoskeleton linked to muscle mitochondrial distribution and respiratory function. J. Cell Biol. 150, 1283–1298.

  9. Kumemura H., Harada M., Yanagimoto C., Koga H., Kawaguchi T., Hanada, S., Taniguchi E., Ueno T., Sata M. 2008. Mutation in keratin 18 induces mitochondrial fragmentation in liver-derived epithelial cells. Biochem. Biophys. Res. Commun. 367, 33–40.

  10. Tolstonog G.V., Shoeman R.L., Traub U., Traub P. 2001. Role of the intermediate filament protein vimentin in delaying senescence and in the spontaneous immortalization of mouse embryo fibroblasts. DNA Cell Biol. 20, 509–529.

  11. Nicholls D.G., Budd S.L. 2000. Mitochondria and neuronal survival. Physiol. Rev. 80, 315–360.

  12. Pathak T., Trebak M. 2018. Mitochondrial Ca2+ signaling. Pharmacol. Ther. 192, 112–123.

  13. Burke P.J. 2017. Mitochondria, bioenergetics and apoptosis in cancer. Trends Cancer. 3 (12), 857–870.

  14. Rezniczek G.A., Abrahamsberg C., Fuchs P., Spazierer D., Wiche G. 2003. Plectin 5'-transcript diversity: Short alternative sequences determine stability of gene products, initiation of translation and subcellular localization of isoforms. Hum. Mol. Genet. 12 (23), 3181–3194.

  15. Winter L., Abrahamsberg C., Wiche G. 2008. Plectin isoform 1b mediates mitochondrion – intermediate filament network linkage and controls organelle shape. J. Cell Biol. 181 (6), 903–911.

  16. Nekrasova O.E., Mendez M.G., Chernoivanenko I.S., Tyurin-Kuzmin P.A., Kuczmarski E.R., Gelfand V.I., Goldman R.D., Minin A.A. 2011. Vimentin intermediate filaments modulate the motility of mitochondria. Mol. Biol. Cell. 22, 2282–2289.

  17. Rapaport D. 2003. Finding the right organelle: Targeting signals in mitochondrial outer-membrane proteins. EMBO Rep. 4, 948–952.

  18. Matveeva E.A., Venkova L.S., Chernoivanenko I.S., Minin A.A. 2015. Vimentin is involved in regulation of mitochondrial motility and membrane potential by Rac1. Biol. Open. 4, 1290–1297.

  19. Meier M., Padilla G.P., Herrmann H., Wedig T., Hergt M., Patel T.R., Stetefeld J., Aebi U., Burkhard P. 2009. Vimentin coil 1A-A molecular switch involved in the initiation of filament elongation. J. Mol. Biol. 390 (2), 245–261.

  20. Erster O., Liscovitch M. 2010. A modified inverse PCR procedure for insertion, deletion, or replacement of a DNA fragment in a target sequence and its application in the ligand interaction scan method for generation of ligand-regulated proteins. Methods Mol. Biol. 634, 157–174.

  21. Emanuelsson O., Brunak S., von Heijne G., Nielsen H. 2007. Locating proteins in the cell using TargetP, SignalP and related tools. Nat. Protoc. 2, 953–971.

  22. Quirós P. M., Langer T., López-Otín C. 2015. New roles for mitochondrial proteases in health, ageing and disease Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 16 (6), 345–359.

  23. Ebisui C., Tsujinaka T., Kido Y., Iijima S., Yano M., Shibata H., Tanaka T., Mori T. 1994. Role of intracellular proteases in differentiation of L6 myoblast cells. Biochem. Mol. Biol. Int. 32(3), 515–521.

  24. Siklos M., Ben Aissa M., Thatcher G.R. 2015. Cysteine proteases as therapeutic targets: Does selectivity matter? A systematic review of calpain and cathepsin inhibitors. Acta Pharm. Sin. B. 5 (6), 506–519.

  25. Wang K.K., Nath R., Posner A., Raser K.J., Buroker-Kilgore M., Hajimohammadreza I. 1996. An alpha-mercaptoacrylic acid derivative is a selective nonpeptide cell-permeable calpain inhibitor and is neuroprotective. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 93, 6687–6692.

  26. Arrington D.D., Van Vleet T.R., Schnellmann R.G. 2006. Calpain 10: A mitochondrial calpain and its role in calcium-induced mitochondrial dysfunction. Amer. J. Physiol. – Cell Physiol. 291 (6), 1159–1171.

  27. Nelson W.J., Traub P. 1983. Proteolysis of vimentin and desmin by the Ca2+-activated proteinase specific for these intermediate filament proteins. Mol. Cell. Biol. 3, 1146–1156.

  28. Dayal A.A., Medvedeva N.V., Nekrasova T.M., Duhalin S.D., Surin A.K., Minin A.A. 2020. Desmin interacts directly with mitochondria. Int. J. Mol. Sci. 21 (21), 8122.

  29. Pfanner N., Warscheid B., Wiedemann N. 2019. Mitochondrial proteins: From biogenesis to functional networks. Nat. Rev. Mol. Cell. Biol. 20 (5), 267–284.

  30. Chernoivanenko I.S., Matveeva E.A., Minin A.A. 2011. Vimentin intermediate filaments increase mitochondrial membrane potential. Biochemistry (Moscow). Supplement Series A. Membr. Cell Biol. 5 (1), 21–28.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Биологические мембраны: Журнал мембранной и клеточной биологии

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал