Calcium signals tune AMPK activity and mitochondrial homeostasis in dendrites of developing neurons

安普克 生物 细胞生物学 线粒体 粒体自噬 线粒体分裂 AMP活化蛋白激酶 平衡 基因敲除 钙信号传导 磷酸化 蛋白激酶A 信号转导 自噬 内科学 生物化学 细胞凋亡 医学
作者
Akane Hatsuda,Junko Kurisu,Kazuto Fujishima,Ayano Kawaguchi,Nobuhiko Ohno,Mineko Kengaku
出处
期刊:Development [The Company of Biologists]
卷期号:150 (21) 被引量:1
标识
DOI:10.1242/dev.201930
摘要

ABSTRACT Dendritic outgrowth in immature neurons is enhanced by neuronal activity and is considered one of the mechanisms of neural circuit optimization. It is known that calcium signals affect transcriptional regulation and cytoskeletal remodeling necessary for dendritic outgrowth. Here, we demonstrate that activity-dependent calcium signaling also controls mitochondrial homeostasis via AMP-activated protein kinase (AMPK) in growing dendrites of differentiating mouse hippocampal neurons. We found that the inhibition of neuronal activity induced dendritic hypotrophy with abnormally elongated mitochondria. In growing dendrites, AMPK is activated by neuronal activity and dynamically oscillates in synchrony with calcium spikes, and this AMPK oscillation was inhibited by CaMKK2 knockdown. AMPK activation led to phosphorylation of MFF and ULK1, which initiate mitochondrial fission and mitophagy, respectively. Dendritic mitochondria in AMPK-depleted neurons exhibited impaired fission and mitophagy and displayed multiple signs of dysfunction. Genetic inhibition of fission led to dendritic hypoplasia that was reminiscent of AMPK-deficient neurons. Thus, AMPK activity is finely tuned by the calcium-CaMKK2 pathway and regulates mitochondrial homeostasis by facilitating removal of damaged components of mitochondria in growing neurons during normal brain development.
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