Regulation of energy-dissipating systems, alternative oxidase and uncoupling protein, in mitochondria of amoeba Acanthamoeba castellanii

Wydział Biologii: Instytut Biologii Molekularnej i BiotechnologiiNa przykładzie izolowanych mitochondriów ameby Acanthamoeba castellanii, śluzowca Dictyostelium discoideum oraz drożdży Candida maltosa opisano potranslacyjną regulację aktywności oksydazy alternatywnej (AOX) oraz białka rozprzęgającego (UCP). AOX i UCP należą do systemów rozpraszających energię ponieważ obniżają wydajność fosforylacji oksydacyjnej w mitochondriach. Zarówno aktywność AOX mikroorganizmów eukariotycznych, jak i aktywność UCP wszystkich eukariontów jest pod kontrolą nukleotydów purynowych (PNs). Ogólnie mówiąc, PNs są aktywatorami AOX oraz inhibitorami UCP. Stopień aktywacji czy też hamowania systemów rozpraszających energię zależy od stopnia ufosforylowania nukleotydu, a także od rodzaju zasady azotowej (adeniny lub guaniny) wchodzącej w skład nukleotydu. Po raz pierwszy wykazano, że: - ATP jest allosterycznym inhibitorem AOX u mikroorganizmów eukariotycznych, - AOX A. castellanii (AcAOX) wykazuje różne powinowactwo do PNs (oprócz ATP) jako stymulatorów (GMP>GDP>GTP>AMP>ADP), - nukleotydy purynowe oddziałują z AOX na zasadzie wzajemnego wykluczania się ligandów. - UCP A. castellanii (AcUCP) wykazuje różne powinowactwo do PNs jako inhibitorów (GTP>ATP>GDP>ADP>>GMP>ADP), - ubichinol funkcjonuje jako negatywny regulator hamowania aktywności AcUCP przez GTP (ubichinol oraz GTP oddziałują z AcUCP na zasadzie prostej kompetycji), - anionorodnik ponadtlenkowy (O2•-) nie wpływa bezpośrednio na aktywność AcUCP, - 4-hydroksy-2-nonenal (HNE), końcowy produkt peroksydacji lipidów, stymuluje aktywność AcUCP.Effects of different purine (adenine and guanine) nucleotides (PNs) on the energy-dissipating systems, cyanide-resistant respiration (alternative oxidase activity - AcAOX) and LA-induced proton leak (uncoupling protein activity - AcUCP) of mitochondria from the amoeba Acanthamoeba castellanii mitochondria were studied. Generally, PNs stimulate non-plant AOXs and inhibit UCPs. The affinity of AcAOX for PNs decrease in the following order: GMP>GDP>GTP>AMP>ADP. Moreover, it was demonstrated for the first time, that ATP has an inhibitory effect on AcAOX activity. Since inhibition by ATP was also observed in the mitochondria of another protozoon, Dictyostelium discoideum, and the yeast, Candida maltosa, it may be a regulatory feature common to all purine nucleotide-modulated non-plant AOXs. Kinetic data show that binding of positive (GMP) and negative (ATP) effectors is mutually exclusive. In turn the efficiency of PNs (GTP>ATP>GDP>ADP>>GMP>AMP) to inhibit AcUCP activity depends on coenzyme Q redox state. Inhibition by PNs can be increased with dereasng ubiquinol concentraton or alleviated with increasing ubiquinol concentraton. The most important finding is that ubiquinol but not oxidased Q functions as a negative regulator of UCP inhibition by PNs. Quick response through the endogenous Q redox state (through endogenous ubiquinol concentration) and late response (through lipid peroxidation product, 4-hydroxy-2-nonenal, AcUCP activator) were established for the first time. Both mechanisms can regulate UCP activity and redox homeostasis in mitochondria of unicellular eukaryote