Les mitochondries sont des organites dynamiques qui subissent des processus de fusion et de fission. Ces événements sont régulés par des protéines mitochondriales. Les changements dans l'expression et/ou la localisation de ces protéines entraînent une altération de la dynamique mitochondriale et peuvent favoriser l'apoptose. De plus en plus de preuves établissent une corrélation entre la perturbation de la dynamique mitochondriale et l'apparition de maladies neurodégénératives. Par conséquent, nous nous sommes concentrés sur ce sujet dans le parkinsonisme induit par le manganèse (Mn), un trouble associé à l'accumulation de Mn de manière préférentielle dans les ganglions de la base où les mitochondries des astrocytes représentent une cible précoce. En utilisant la coloration MitoTracker Red, nous avons observé une augmentation de la fission du réseau mitochondrial dans les cellules C6 d'astrocytome de rat exposées au Mn. De plus, le Mn a induit une diminution marquée des taux de protéine de fusion Opa-1 ainsi qu'une augmentation spectaculaire de l'expression de la protéine de fission Drp-1. De plus, le Mn a provoqué une libération significative d'isoformes Opa-1 à poids moléculaire élevé des mitochondries vers le cytosol ainsi qu'une augmentation de la translocation de Drp-1 vers les mitochondries. Mdivi-1, un inhibiteur pharmacologique de la Drp-1, et l'ARNsi de la Drp-1 de rat ont réduit le nombre de noyaux apoptotiques, préservé l'intégrité du réseau mitochondrial et empêché la mort cellulaire. La CsA, un inhibiteur de l'ouverture du MPTP, a empêché la perturbation du Δψm mitochondrial, le traitement Opa-1 et la translocation de Drp-1 vers les mitochondries, protégeant ainsi les cellules exposées au Mn de la perturbation mitochondriale et de l'apoptose. L'analyse histologique et la coloration Hoechst 33258 de coupes cérébrales de rats injectés de Mn dans le striatum ont montré une diminution de la masse cellulaire parallèlement à une augmentation de la survenue de noyaux apoptotiques. Les niveaux d'expression d'Opa-1 et de Drp-1 ont également été modifiés par le traitement au Mn. Nos résultats démontrent pour la première fois que la dynamique mitochondriale anormale est impliquée à la fois dans la toxicité in vitro et in vivo du Mn. De plus, nous montrons que le déséquilibre de l'équilibre de fusion/fission pourrait être impliqué dans l'apoptose induite par le Mn. Ces connaissances peuvent fournir de nouveaux outils thérapeutiques pour le traitement du manganisme et d'autres maladies neurodégénératives.

Las mitocondrias son orgánulos dinámicos que sufren procesos de fusión y fisión. Estos eventos están regulados por proteínas que dan forma a las mitocondrias. Los cambios en la expresión y/o localización de estas proteínas conducen a un deterioro de la dinámica mitocondrial y pueden promover la apoptosis. La creciente evidencia correlaciona la interrupción de la dinámica mitocondrial con la aparición de enfermedades neurodegenerativas. Por lo tanto, nos centramos en este tema en el parkinsonismo inducido por manganeso (Mn), un trastorno asociado con la acumulación de Mn preferentemente en los ganglios basales, donde las mitocondrias de los astrocitos representan una diana temprana. Usando la tinción con MitoTracker Red, observamos un aumento de la fisión de la red mitocondrial en células C6 de astrocitoma de rata expuestas a Mn. Además, Mn indujo una marcada disminución en los niveles de proteína de fusión Opa-1, así como un aumento dramático en la expresión de la proteína de fisión Drp-1. Además, el Mn provocó una liberación significativa de isoformas Opa-1 de alto PM de las mitocondrias al citosol, así como un aumento de la translocación de Drp-1 a las mitocondrias. Tanto Mdivi-1, un inhibidor farmacológico de Drp-1, como el ARNip de Drp-1 de rata redujeron el número de núcleos apoptóticos, preservaron la integridad de la red mitocondrial y evitaron la muerte celular. CsA, un inhibidor de la apertura de MPTP, previno la interrupción mitocondrial de Δψm, el procesamiento de Opa-1 y la translocación de Drp-1 a las mitocondrias, protegiendo así a las células expuestas a Mn de la interrupción mitocondrial y la apoptosis. El análisis histológico y la tinción Hoechst 33258 de secciones cerebrales de ratas inyectadas con Mn en el cuerpo estriado mostraron una disminución en la masa celular en paralelo con un aumento en la aparición de núcleos apoptóticos. Los niveles de expresión de Opa-1 y Drp-1 también se cambiaron mediante el tratamiento con Mn. Nuestros resultados demuestran por primera vez que la dinámica mitocondrial anormal está implicada en la toxicidad del Mn tanto in vitro como in vivo. Además, mostramos que el desequilibrio en el equilibrio de fusión/fisión podría estar involucrado en la apoptosis inducida por Mn. Este conocimiento puede proporcionar nuevas herramientas terapéuticas para el tratamiento del manganismo y otras enfermedades neurodegenerativas.

Mitochondria are dynamic organelles that undergo fusion and fission processes. These events are regulated by mitochondria-shaping proteins. Changes in the expression and/or localization of these proteins lead to a mitochondrial dynamics impairment and may promote apoptosis. Increasing evidence correlates the mitochondrial dynamics disruption with the occurrence of neurodegenerative diseases. Therefore, we focused on this topic in Manganese (Mn)-induced Parkinsonism, a disorder associated with Mn accumulation preferentially in the basal ganglia where mitochondria from astrocytes represent an early target. Using MitoTracker Red staining we observed increased mitochondrial network fission in Mn-exposed rat astrocytoma C6 cells. Moreover, Mn induced a marked decrease in fusion protein Opa-1 levels as well as a dramatic increase in the expression of fission protein Drp-1. Additionally, Mn provoked a significant release of high MW Opa-1 isoforms from the mitochondria to the cytosol as well as an increased Drp-1 translocation to the mitochondria. Both Mdivi-1, a pharmacological Drp-1 inhibitor, and rat Drp-1 siRNA reduced the number of apoptotic nuclei, preserved the mitochondrial network integrity and prevented cell death. CsA, an MPTP opening inhibitor, prevented mitochondrial Δψm disruption, Opa-1 processing and Drp-1 translocation to the mitochondria therefore protecting Mn-exposed cells from mitochondrial disruption and apoptosis. The histological analysis and Hoechst 33258 staining of brain sections of Mn-injected rats in the striatum showed a decrease in cellular mass paralleled with an increase in the occurrence of apoptotic nuclei. Opa-1 and Drp-1 expression levels were also changed by Mn-treatment. Our results demonstrate for the first time that abnormal mitochondrial dynamics is implicated in both in vitro and in vivo Mn toxicity. In addition we show that the imbalance in fusion/fission equilibrium might be involved in Mn-induced apoptosis. This knowledge may provide new therapeutic tools for the treatment of Manganism and other neurodegenerative diseases.

الميتوكوندريا هي عضيات ديناميكية تخضع لعمليات الاندماج والانشطار. يتم تنظيم هذه الأحداث بواسطة البروتينات التي تشكل الميتوكوندريا. تؤدي التغييرات في تعبير و/أو توطين هذه البروتينات إلى ضعف ديناميكيات الميتوكوندريا وقد تعزز موت الخلايا المبرمج. تربط الأدلة المتزايدة اضطراب ديناميكيات الميتوكوندريا بحدوث الأمراض التنكسية العصبية. لذلك، ركزنا على هذا الموضوع في مرض باركنسون الناجم عن المنغنيز (Mn)، وهو اضطراب مرتبط بتراكم المنغنيز بشكل تفضيلي في العقد القاعدية حيث تمثل الميتوكوندريا من الخلايا النجمية هدفًا مبكرًا. باستخدام تلطيخ MitoTracker Red، لاحظنا زيادة انشطار شبكة الميتوكوندريا في خلايا الخلايا النجمية C6 للفئران المعرضة للمنغنيز. علاوة على ذلك، تسبب Mn في انخفاض ملحوظ في مستويات بروتين الاندماج Opa -1 بالإضافة إلى زيادة كبيرة في تعبير البروتين الانشطاري Drp -1. بالإضافة إلى ذلك، أثار Mn إطلاقًا كبيرًا من الأشكال المتماثلة Opa -1 عالية MW من الميتوكوندريا إلى السيتوسول بالإضافة إلى زيادة نقل Drp -1 إلى الميتوكوندريا. قلل كل من Mdivi -1، وهو مثبط دوائي لـ Drp -1، و RAT Drp -1 siRNA من عدد نوى الاستماتة، وحافظ على سلامة شبكة الميتوكوندريا ومنع موت الخلايا. CsA، وهو مثبط فتح MPTP، منع اضطراب الميتوكوندريا ΔΩm، ومعالجة Opa -1 وانتقال Drp -1 إلى الميتوكوندريا وبالتالي حماية الخلايا المعرضة للمنغنيز من اضطراب الميتوكوندريا والاستماتة. أظهر التحليل النسيجي وتلطيخ Hoechst 33258 لأقسام الدماغ للفئران المحقونة بالمنغنيز في المخطط انخفاضًا في الكتلة الخلوية بالتوازي مع زيادة في حدوث نوى موت الخلايا المبرمج. كما تم تغيير مستويات تعبير Opa -1 و Drp -1 بواسطة Mn - treatment. تظهر نتائجنا لأول مرة أن ديناميكيات الميتوكوندريا غير الطبيعية متورطة في كل من السمية في المختبر وفي الكائن الحي المنغنيز. بالإضافة إلى ذلك، نظهر أن عدم التوازن في توازن الاندماج/الانشطار قد يكون متورطًا في موت الخلايا المبرمج الناجم عن المنغنيز. قد توفر هذه المعرفة أدوات علاجية جديدة لعلاج المنغنيز والأمراض التنكسية العصبية الأخرى.