Inhibition of the ubiquitous calpains protects complex I activity and enables improved mitophagy in the heart following ischemia-reperfusion

粒体自噬 卡尔帕因 线粒体 胞浆 细胞生物学 蛋白质亚单位 缺血 生物 自噬 化学 医学 生物化学 内科学 细胞凋亡 基因
作者
Qun Chen,Jeremy Thompson,Ying Hu,Joseph Dean,Edward J. Lesnefsky
出处
期刊:American Journal of Physiology-cell Physiology [American Physiological Society]
卷期号:317 (5): C910-C921 被引量:44
标识
DOI:10.1152/ajpcell.00190.2019
摘要

Activation of calpain 1 (CPN1) and calpain 2 (CPN2) contributes to cardiac injury during ischemia (ISC) and reperfusion (REP). Complex I activity is decreased in heart mitochondria following ISC-REP. CPN1 and CPN2 are ubiquitous calpains that exist in both cytosol (cs)-CPN1 and 2 and mitochondria (mit)-CPN1 and 2. Recent work shows that the complex I subunit (NDUFS7) is a potential substrate of the mit-CPN1. We asked whether ISC-REP led to decreased complex I activity via proteolysis of the NDUFS7 subunit via activation of mit-CPN1 and -2. Activation of cs-CPN1 and -2 decreases mitophagy in hepatocytes following ISC-REP. We asked whether activation of cs-CPN1 and -2 impaired mitophagy in the heart following ISC-REP. Buffer-perfused rat hearts underwent 25 min of global ISC and 30 min of REP. MDL-28170 (MDL; 10 µM) was used to inhibit CPN1 and -2. Cytosol, subsarcolemmal mitochondria (SSM), and interfibrillar mitochondria (IFM) were isolated at the end of heart perfusion. Cardiac ISC-REP led to decreased complex I activity with a decrease in the content of NDUFS7 in both SSM and IFM. ISC-REP also resulted in a decrease in cytosolic beclin-1 content, a key component of the autophagy pathway required to form autophagosomes. MDL treatment protected the contents of cytosolic beclin-1 and mitochondrial NDUFS7 in hearts following ISC-REP. These results support that activation of both cytosolic and mitochondrial calpains impairs mitochondria during cardiac ISC-REP. Mitochondria-localized calpains impair complex I via cleavage of a key subunit. Activation of cytosolic calpains contributes to mitochondrial dysfunction by impairing removal of the impaired mitochondria through depletion of a key component of the mitophagy process.
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