Epithelial OPA1 links mitochondrial fusion to inflammatory bowel disease

炎症性肠病 线粒体融合 医学 炎症 炎症性肠病 疾病 MFN2型 线粒体 生物信息学 病理 免疫学 线粒体DNA 生物 细胞生物学 遗传学 基因
作者
Lili Bao,Yuqiang Yu,Miguel González-Acera,Jay V. Patankar,Andreas Gießl,Gregor Sturm,Anja A. Kühl,Raja Atreya,Lena Erkert,Reyes Gámez‐Belmonte,Susanne M. Krug,Benjamin Schmid,Philipp Tripal,Mircea T. Chiriac,Kai Hildner,Britta Siegmund,Stefan Wirtz,Michael Stürzl,Mariam Mohamed Abdou,Zlatko Trajanoski
出处
期刊:Science Translational Medicine [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:17 (781) 被引量:1
标识
DOI:10.1126/scitranslmed.adn8699
摘要

Dysregulation at the intestinal epithelial barrier is a driver of inflammatory bowel disease (IBD). However, the molecular mechanisms of barrier failure are not well understood. Here, we demonstrate dysregulated mitochondrial fusion in intestinal epithelial cells (IECs) of patients with IBD and show that impaired fusion is sufficient to drive chronic intestinal inflammation. We found reduced expression of mitochondrial fusion–related genes, such as the dynamin-related guanosine triphosphatase (GTPase) optic atrophy 1 ( OPA1 ), and fragmented mitochondrial networks in crypt IECs of patients with IBD. Mice with Opa1 deficiency in the gut epithelium ( Opa1 i∆IEC ) spontaneously developed chronic intestinal inflammation with mucosal ulcerations and immune cell infiltration. Intestinal inflammation in Opa1 i∆IEC mice was driven by microbial translocation and associated with epithelial progenitor cell death and gut barrier dysfunction. Opa1 -deficient epithelial cells and human organoids exposed to a pharmacological OPA1 inhibitor showed disruption of the mitochondrial network with mitochondrial fragmentation and changes in mitochondrial size, ultrastructure, and function, resembling changes observed in patient samples. Pharmacological inhibition of the GTPase dynamin-1–like protein in organoids derived from Opa1 i∆IEC mice partially reverted this phenotype. Together, our data demonstrate a role for epithelial OPA1 in regulating intestinal immune homeostasis and epithelial barrier function. Our data provide a mechanistic explanation for the observed mitochondrial dysfunction in IBD and identify mitochondrial fusion as a potential therapeutic target in this disease.
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