Mechanism and monitoring of horizontal transfer of mitochondria

Abstract

1 ABSTRACT Cancer cells require a constant supply of energy and nutrients to fuel their sustained proliferation. Despite ongoing discussions concerning the metabolism of malignant cells, it is now clear that mitochondria play an important role, at least in a subset of tumours, as evidenced by the development of mitochondria-targeted anti-cancer therapies. To cope with organelle damage, whether resulting from intracellular or external stress, cancer cells maintain close contact with surrounding healthy tissues, thus securing a pro-tumourigenic microenvironment. An intriguing example of intimate interactions between cancer and stromal cells is the exchange of whole mitochondria (including the organelle mtDNA), which allows malignant cells to replace their damaged mitochondria with functional organelles from surrounding stromal cells via a process termed horizontal mitochondrial transfer (HMT). In this thesis, we investigate the mechanism of HMT, emphasising the role of Miro1 (RHOT1) and the means of mitochondrial movement via direct cytoplasmic connections between cancer and stromal cells, known as tunneling nanotubes (TNTs). The mitochondrial small GTPase Miro1, localised to the organelle's outer membrane, is known for its pleiotropic role in mitochondrial biology, including its function as an adaptor...

1 ABSTRAKT Nádorové buňky, z definice vysoce proliferativní, vyžadují stálý přísun živin a energie. Detaily jejich metabolismu, včetně role mitochondrií, byly a stále jsou předmětem vědecké diskuse. Přesto je nyní zřejmé, že minimálně část transformovaných buněk vyžaduje funkční organely, což dokazuje mimo jiné i vývoj mitochondriálně cílených protinádorových terapií. Nádorové buňky jsou v neustálém kontaktu s okolní tkání a udržují prostředí favorizující jejich proliferaci, které jim umožňuje překonat případné poškození mitochondrií, ať už v důsledku vnějších či vnitřních vlivů. Příkladem intenzivního propojení mezi nádorovými a okolními (stromálními) buňkami je transport celých organel (včetně mitochondriální DNA) ze stromálních do nádorových buněk, které tak mohou nahradit své poškozené mitochondrie funkčními z okolní tkáně. V této práci se zaměřujeme na mechanismus horizontálního přenosu mitochondrií (horizontal mitochondrial transfer, HMT) a na roli proteinu Miro1 (RHOT1) při transportu organel mezi nádorovými a stromálními buňkami skrz jejich fyzická spojení nanotunýlky (tunneling nanotubes, TNT). Miro1, protein patřící do samostatné rodiny malých GTPáz, se nachází ve vnější mitochondriální membráně a, mimo mnoha jiných funkcí ve fyziologii mitochondrií, slouží jako adaptor zajišťující jejich pohyb...