Signaling lsc1p-regulated cell death: the role of possible downstream mitochondrial mediators

Abstract

Mitochondria play a vital role in energy production through oxidative phosphorylation and have an important function in the regulation of various other processes, including stress responses and cell death. They are considered the major source of reactive oxygen species, and an abnormal cellular redox homeostasis due to mitochondrial dysfunction has been implicated in the ageing process and increases the incidence of age-related disorders. In recent years, interest into the role of sphingolipids in mitochondria function, redox homeostasis and lifespan has greatly increased, since the regulation of sphingolipid metabolism may be of potential therapeutic relevance in pathologies associated with oxidative stress and ageing. Ceramide is a bioactive sphingolipid that modulates cellular processes such as apoptosis and ageing. Several protein targets, including ceramide-activated protein phosphatases, have been suggested to mediate the effects of ceramide but the signalling pathways involved remain poorly characterized. The yeast Saccharomyces cerevisiae has a well-defined genome and is a genetically tractable organism. Therefore, studies in this simple genetic model system may be helpful in defining the role of sphingolipids in mitochondrial function. The neutral sphingomyelinase nSMase2 is considered a major candidate for mediating ceramide signalling during stress responses and ageing. We have previously shown that Isc1p, the yeast orthologue of mammalian nSMase2, plays a key role in oxidative stress resistance and chronological lifespan. ISC1 deficiency affects redox status and iron homeostasis and increases cell death by apoptosis. This project aims to uncover the role of possible downstream mitochondrial mediators. The overall results will contribute to the characterization of the role of neutral sphingomyelinases and sphingolipid signalling in the modulation of mitochondria function to our understanding of processes associated with lipid-related disorders, including aging.

As mitocôndrias desempenham um papel vital na produção de energia por fosforilação oxidativa e uma importante função na regulação de outros processos, incluindo respostas ao stress e morte celular. São consideradas a principal fonte de espécies reactivas de oxigénio, e uma homeostasia redox anormal, devida a disfunção mitocondrial, tem sido implicada no envelhecimento e na incidência de doenças que lhe estão associadas. Nos últimos anos, aumentou o interesse pelo papel dos esfingolípidos na função mitocondrial, homeostasia redox e longevidade, uma vez que a regulação do metabolismo dos esfingolípidos poderá assumir uma potencial relevância terapêutica em patologias associadas com stress oxidativo e envelhecimento. A ceramida é um esfingolípido bioactivo responsável pela modulação de processos como a apoptose e o envelhecimento. Diversas proteínas alvo, como proteína fosfatases activadas pela ceramida, têm sido sugeridas como mediadoras dos seus efeitos mas as vias de sinalização estão ainda mal caraterizadas. A levedura Saccharomyces cerevisiae possui um genoma bem definido e é um organismo fácil de manipular geneticamente. Estudos neste modelo genético simples podem revelar-se úteis na definição do papel dos esfingolípidos na função mitocondrial. A esfingomielinase neutra nSMase2 é a principal candidata para a mediação da sinalização pela ceramida durante as respostas ao stress e envelhecimento. Anteriormente, demonstrou-se que o Isc1p, ortólogo na levedura da nSMase2 de mamíferos, desempenha um papel-chave na resistência ao stress oxidativo e longevidade cronológica. A deficiência em ISC1 afecta o estado redox e a homeostasia do ferro e aumenta a morte celular por apoptose. Este projecto pretende elucidar o papel dos possíveis reguladores mitocondriais neste processo. Propomos que o Isc1p regula os níveis de ceramida e vias de sinalização da ceramida que controlam a morfologia mitocondrial e as suas propriedades funcionais, assim como vias de morte celular mediadas pela mitocondria. Esperamos identificar as proteínas alvo e os mediadores das vias de sinalização que se apresentam desregulados em células isc1Δ e caraterizar a forma como estas alterações se relacionam com os fenótipos mediados por Isc1p.