FUNDC1,也称为FUN14域包含蛋白1,是一种定位于线粒体外膜的蛋白质。FUNDC1在细胞内参与多个重要的生物学过程,包括线粒体动力学、线粒体自噬(mitophagy)以及与内质网的相互作用。
线粒体动力学是指线粒体形态和数量的动态变化,包括线粒体的分裂和融合。FUNDC1通过与DNM1L/DRP1和OPA1的相互作用,协调线粒体的分裂和融合过程,从而影响线粒体动力学[1]。DNM1L/DRP1是线粒体分裂的关键调节因子,而OPA1则参与线粒体的融合过程。FUNDC1与OPA1的相互作用是通过OPA1的Lys70残基介导的,而FUNDC1的磷酸化状态可以影响其与OPA1的结合,从而调节线粒体的分裂和融合过程[1]。
FUNDC1是线粒体自噬的关键受体。线粒体自噬是一种选择性自噬过程,用于清除细胞内功能异常的线粒体。FUNDC1通过与自噬相关蛋白LC3B的相互作用,将LC3B招募到线粒体上,从而启动线粒体自噬过程[1]。FUNDC1的LIR(LC3相互作用区)基序是其与LC3B相互作用的关键区域。在应激条件下,如硒化物或FCCP处理,FUNDC1与OPA1的复合物会解离,而FUNDC1与DNM1L的相互作用则会增强,从而促进线粒体的分裂和自噬[1]。
FUNDC1还参与调节与内质网的相互作用。FUNDC1介导的MAMs(线粒体相关内质网膜)的形成对血管生成和新生血管生成至关重要[2]。FUNDC1在血管内皮细胞中的特异性缺失会降低VEGFR2的表达,减少管状结构形成、球状突起和功能血管的形成,从而抑制血管生成[2]。相反,通过MAM连接剂增加MAM的形成可以模拟VEGF的作用,促进内皮细胞血管生成[2]。
FUNDC1的调节受到多种因素的影响。PGC-1α和NRF1是线粒体生物合成和代谢适应的主要调节因子,它们可以转录上调FUNDC1的表达,从而增强线粒体自噬[3]。PGC-1α和NRF1通过与FUNDC1启动子区域的经典共识位点结合,上调FUNDC1的表达,并通过与LC3的相互作用增强线粒体自噬[3]。
FUNDC1还与神经保护和心肌重塑相关。tPA(组织型纤溶酶原激活剂)是缺血性卒中最常用的溶栓药物,具有神经保护作用。tPA通过增加AMPK的磷酸化水平,上调FUNDC1的表达,从而保护神经元免受缺血再灌注损伤[4]。FUNDC1的缺失会加剧高脂饮食诱导的心脏重塑和收缩异常,这可能是由于ACSL4介导的铁死亡增加[5]。
FUNDC1还参与其他生物学过程。例如,FUNDC1与TDP-43蛋白的转运和降解有关[6]。FUNDC1通过促进TDP-43-TOM70和DNAJA2-TOM70的相互作用,促进TDP-43的线粒体转运,并调节线粒体介导的TDP-43降解[6]。此外,FUNDC1还与TDP-43诱导的线粒体损伤有关[6]。
综上所述,FUNDC1是一种多功能蛋白质,参与调节线粒体动力学、线粒体自噬、与内质网的相互作用以及多种生物学过程。FUNDC1的失调与多种疾病的发生发展相关,包括血管生成异常、神经退行性疾病、心肌重塑等。因此,FUNDC1可能成为治疗这些疾病的新靶点。
参考文献:
1. Chen, Ming, Chen, Ziheng, Wang, Yueying, Liu, Lei, Chen, Quan. . Mitophagy receptor FUNDC1 regulates mitochondrial dynamics and mitophagy. In Autophagy, 12, 689-702. doi:10.1080/15548627.2016.1151580. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/27050458/
2. Wang, Cheng, Dai, Xiaoyan, Wu, Shengnan, Huang, Kai, Zou, Ming-Hui. 2021. FUNDC1-dependent mitochondria-associated endoplasmic reticulum membranes are involved in angiogenesis and neoangiogenesis. In Nature communications, 12, 2616. doi:10.1038/s41467-021-22771-3. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33972548/
3. Liu, Lei, Li, Yanjun, Wang, Jianing, Zhu, Yushan, Chen, Quan. 2021. Mitophagy receptor FUNDC1 is regulated by PGC-1α/NRF1 to fine tune mitochondrial homeostasis. In EMBO reports, 22, e50629. doi:10.15252/embr.202050629. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33554448/
4. Cai, Ying, Yang, Eryan, Yao, Xiuhua, Kang, Chunsheng, Wu, Jialing. 2020. FUNDC1-dependent mitophagy induced by tPA protects neurons against cerebral ischemia-reperfusion injury. In Redox biology, 38, 101792. doi:10.1016/j.redox.2020.101792. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33212415/
5. Pei, Zhaohui, Liu, Yandong, Liu, Suqin, Wang, Shuyi, Ren, Jun. 2021. FUNDC1 insufficiency sensitizes high fat diet intake-induced cardiac remodeling and contractile anomaly through ACSL4-mediated ferroptosis. In Metabolism: clinical and experimental, 122, 154840. doi:10.1016/j.metabol.2021.154840. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34331963/
6. Ma, Jinfa, Liu, Lei, Song, Lu, Wu, Jane Y, Zhu, Li. 2023. Integration of FUNDC1-associated mitochondrial protein import and mitochondrial quality control contributes to TDP-43 degradation. In Cell death & disease, 14, 735. doi:10.1038/s41419-023-06261-6. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37951930/