Již dřívější studie pracovníků Fyziologického ústavu AV ČR ukázaly, že pro úspěšné sestavení komplexu mitochondriální ATP syntázy, enzymu zodpovědného za produkci většiny buněčného ATP, je nezbytná přítomnost faktoru TMEM70, 21-kDa proteinu, který specificky napomáhá tomuto procesu. Mutace TMEM70 genu se ukázaly jako hlavní příčina defektu ATP syntázy vedoucí k těžké mitochondriální chorobě, novorozenecké encefalo-kardiomyopatii (OMIM 604273). Další studium TMEM70 faktoru bylo umožněno přípravou modelu myší s odstraněným Tmem70-/- genem (knockout model). Absence Tmem70 proteinu vedla k výrazné růstové retardaci a embryonální letalitě okolo dne 9,5 po oplodnění. ATP syntáza u embryí byla snížená o 80% a její biogeneze se zastavila v časné fázi, po vytvoření katalytické F1 části enzymu. Redukce ADP-stimulované respirace, respirační kontroly a obsahu ATP/ADP nukleotidů dokumentovaly závažnou poruchu mitochondriální tvorby ATP. Zpoždění vývoje kardiovaskulárního systému u Tmem70-/- embryí bylo spojenou i s poruchou ultrastruktury srdečních mitochondrií. Tyto studie jasně ukázaly, že knockout Tmem70 faktoru vede u myší k embryonální letalitě, která je výsledkem nedostatku ATP syntázy a poruchy energetické funkce mitochondrií. Plně se tak potvrdil předpokládaný mechanismus TMEM70 dysfunkce u člověka.

   

 

Snížení obsahu ATP syntázy a akumulace F1 subkomplexu v Tmem70-/- knockout embryích.

Modrá nativní elektroforéza ATP syntázy (F1Fo) a komplexů respiračního řetězce v kontrolních (+/+), null (-/-) a heterozygotních (+/-) Tmem70 knockout E9 embryích.  Detekce ATPázové aktivity v gelu a imunodetekce protilátkami proti ATP syntáze (F1-α podjednotka) a respiračním komplexům II-IV (CII - SDHA podjednotka; CIII - Core 1 podjednotka; CIV - Cox4 podjednotka).

 

Změny morfologie Tmem70-/-  knockout embryí

(A) Konfokální mikroskopie  retardovaného srdce u knockout (-/-) embrya ve srovnání s kontrolními (+/+) a heterozygotními (+/-) E9.5 embryi. OT – vnější trakt, LV – levá komora, LA – levá předsíň, NA – neuroporus anterior; Immunohistochemické detekce: SMA (alfa aktin hladkého svalu), červeně  – myokard; CD31, zeleně – endokard; Hoechst 33342, modře – jádra; šipka – počínající  trabekulace, měřítko 100 µm. (B) Elektronová mikroskopie poruchy krist srdečních mitochondriálních u (-/-) embryí ve srovnání s kontrolami (+/+). M – mitochondrie, MF – myofibrily, LM – lýza mitochondrií, N – jádro, měřítko 1 µm.

 

Vrbacký, Marek – Kovalčíková, Jana – Chawengsaksophak, Kallayanee – Beck, Inken – Mráček, Tomáš – Nůsková, Hana – Sedmera, David – Papoušek, František – Kolář, František – Sobol, Margarita – Hozák, Pavel – Sedlacek, Radislav – Houštěk, Josef.  Knockout of Tmem70 alters biogenesis of ATP synthase and leads to embryonal lethality in mice. Human Molecular Genetics, Vol.  25, No 21 (2016), p. 4674-4685. IF=5.985