Mechanisms of mitochondrial DNA (mtDNA) release in Parkin deficient models

Beatriz Nunes Monteiro

Key information

Authors:

Beatriz Nunes Monteiro (Beatriz Nunes Monteiro)

Supervisors:

Anne Grünewald; Arsénio do Carmo Sales Mendes Fialho (Arsénio do Carmo Sales Mendes Fialho)

Published in

December 4, 2023

Abstract

A Doença de Parkinson (DP) é a segunda condição neurodegenerativa progressiva mais prevalente, com um aumento no número de casos ao longo das últimas duas décadas. Aproximadamente 5-10% apresentam uma componente monogénica, caracterizada por mutações hereditárias em genes específicos, como o PRKN. Este gene codifica Parkin, com funções no mecanismo de controlo de qualidade mitocondrial. A neuroinflamação está frequentemente associada à DP e é causada pela libertação de conteúdos mitocondriais, como o DNA mitochondrial (mtDNA). Esta libertação está frequentemente ligada à oligomerização de macroporos apoptóticos, normalmente inibidos pela Parkin. Neste estudo, duas entidades, os poros VDAC e BAX/BAK, foram estudadas para avaliar o seu envolvimento no processo de libertação de mtDNA em modelos deficientes em Parkin. Nesta investigação, foram utilizadas linhas celulares SH-SY5Y de tipo selvagem e Parkin-knockout para avaliar se os tratamentos com compostos inibidores de poros direcionados para VDAC (VBIT-4) e BAX/BAK (MSN-50) poderiam reduzir os níveis de libertação de mtDNA para o citosol. Para avaliar isto, foram utilizadas microscopia de high-content screening. A eficácia esperada de MSN-50 e VBIT-4 na redução da libertação de mtDNA não foi observada. No entanto, é importante destacar que MSN-50 demonstrou um efeito positivo na linha celular Parkin-knockout. Além disso, esta pesquisa também contribuiu para a otimização de protocolos experimentais, essenciais para a validação destas descobertas em estudos futuros. Este trabalho estabelece a base para investigações adicionais, que poderão fornecer uma compreensão mais profunda da complexa relação entre poros mitocondriais, libertação de mtDNA e DP. Parkinson's Disease (PD) is the second most prevalent progressive neurodegenerative condition, with a rising number of cases over the last two decades. Approximately 5-10% exhibit a monogenic component characterized by inherited mutations in specific genes, such as PRKN. This gene encodes for Parkin, which plays a role in the mitochondrial quality control mechanism. Neuroinflammation is often associated with PD and is caused by the release of mitochondrial contents, such as mtDNA. This release is linked to the oligomerization of apoptotic macropores, normally inhibited by Parkin. In this study, two of these entities, VDAC and BAX/BAK pores, were studied to assess their involvement in the mtDNA release process in Parkin-deficient models. Wild-type and Parkin-knockout SH-SY5Y cell lines were used in this investigation to evaluate if treatments with pore inhibitor compounds targeting VDAC (VBIT-4) and BAX/BAK (MSN-50) could reduce the levels of mtDNA release into the cytosol. High-content screening microscopy techniques were employed for this assessment. Notably, the expected efficacy of MSN-50 and VBIT-4 in reducing mtDNA release was not observed. However, it's important to highlight that MSN-50 demonstrated a positive effect in the Parkin-knockout cell line. Furthermore, this research has also contributed to the optimization of experimental protocols, essential for the validation of these findings in future studies. This work lays the foundation for further investigations, which may ultimately provide a deeper understanding of the complex connection between mitochondrial pores, mtDNA release, and PD.