Structural composition and functional properties of mitochondrial FoF1 ATP synthase on models of specific subunits deficiencies

Abstract

Mitochondrial ATP synthase represents the final complex of oxidative phosphorylation (OXPHOS) system located in the inner mitochondrial membrane. Its primary role is to utilize mitochondrial membrane potential (Δψm) generated by respiratory chain complexes to produce energy in the form of ATP. Mammalian ATP synthase comprises of 17 different subunits organized into membranous Fo and matrix-oriented F1 domains. Defects of complex V and their manifestation have been studied on mitochondrial, cellular, tissue and organism levels using different models, including human cell lines and cell lines derived from patient tissues. In many cases mitochondrial diseases display threshold behaviour, when genetic defect is phenotypically manifested only bellow certain threshold in particular enzyme complex activity and/or content. This work was aimed at elucidation of functional consequences of ATP synthase deficiency in HEK293 cell lines with suppressed gene expression of γ, δ or ε subunits of ATP synthase central stalk. We have analysed range of clones with respective subunits knockdown and found varying decrease in assembled ATP synthase content, which was mirrored by the decrease in individual ATP synthase subunits. The only exception was subunit Fo-c, whose levels remained unchanged or even increased. ATP...

Mitochondriální ATP syntáza je posledním z komplexů oxidačně fosforylačního (OXPHOS) systému lokalizovaného na vnitřní mitochondriální membráně. Její hlavní funkcí je využití mitochondriálního membránového potenciálu (Δψm) vytvořeného komplexy elektron transportního řetězce (ETC) k produkci energie ve formě ATP. Savčí ATP syntáza je sestavená ze 17 různých podjednotek, které jsou organizovány do membránové Fo a do matrix směřující F1 domény. Defekty komplexu V a jejich projevy na úrovni mitochondrií, buněk, tkání i celého organizmu byly zkoumány na různých modelech, včetně lidských buněčných linií odvozených z tkání pacientů. V mnoha případech vykazují mitochondriální onemocnění tzv. prahový efekt (efekt thresholdu), při kterém se defekt na úrovni genu fenotypově projeví pouze v případě poklesu enzymové aktivity a/nebo obsahu konkrétního komplexu pod určitou prahovou hodnotu. Tato práce byla zaměřená na objasnění funkčních dopadů deficience ATP syntázy u HEK293 buněčných linií s potlačenou expresí γ, δ nebo ε podjednotek centrálního stonku ATP syntázy. Analyzovali jsme řadu klonů s utišenou expresí uvedených podjednotek a ukázali na proměnlivé snížení obsahu sestavené ATP syntázy, kterému odpovídalo i snížení obsahu jednotlivých podjednotek tohoto enzymu. Jedinou výjimkou byla podjednotka Fo-c,...