Mitochondria in Coronary Reperfusion Injury and Cancer: c subunit of FoF1-ATP synthase and Mcl-1 as potential therapeutic targets.

Mitochondria are able to decode a variety of extracellular stimuli into greatly different intracellular actions, ranging from energy production to cell death. When mitochondrial Ca2+ homeostasis is compromised, very different pathological conditions can occur, from cancer to ischemia/reperfusion injury, depending on the cell type and pathway involved. During my Phd I tried to shed light on both mechanisms by which mitochondria are responsible for sensitizing cancer cells to Ca2+dependent apoptotic stimuli in HeLa cells and how they can influence cell death and infarct size (IS) in a STEMI-patients cohort. In the first case, performed experiments by using splice-switching antisense oligonucleotides (ASOs) specific for Mcl-1, allowed to increase the synthesis of Mcl-1S which induced a concurrent reduction of Mcl-1L, resulting in increased sensitivity of cancer cells to apoptotic stimuli. The Mcl-1 ASOs also induced mitochondrial hyperpolarization and a consequent increase in mitochondrial Ca2+ accumulation. The high Mcl-1S/L ratio correlated with significant hyperfusion of the entire mitochondrial network, which occurred in a dynamin-related protein (Drp1)–dependent manner. I propose that the Mcl-1L/S balance is a novel regulatory factor controlling the mitochondrial fusion and fission machinery. In the second part, the ongoing study on c subunit of FoF1-ATP synthase (Csub) in biological samples from STEMI patients showed that circulating Csub was strongly related to infarct size, ST-segment resolution and clinical outcome. Moreover, Csub expression found in fibroblasts from skin biopsy had a good correlation with mPTP activity values and myocardial salvage index (MSI) belonging to the same STEMI-patients.

I mitocondri sono in grado di decodificare una grande varietà di stimoli extracellulari dando origine a innumerevoli processi fisiopatologici: dalla produzione di energia alla morte cellulare. Quando l’omeostasi mitocondriale del calcio è compromessa, possono verificarsi condizioni patologiche anche gravi come il cancro e il cosiddetto danno da riperfusione coronarica. Durante il mio dottorato, ho cercato di far luce su meccanismi attraverso i quali i mitocondri sono responsabili della sensibilizzazione di cellule tumorali (HeLa) a stimoli apoptotici calcio-dipendenti e in che modo essi possano influenzare la morte cellulare e quindi l’area infartuata finale in pazienti affetti da infarto del miocardio di tipo STEMI. Nel primo caso, sono stati condotti esperimenti utilizzando metodiche di modulazione dell’espressione genica come quella degli oligonucleotidi antisenso. Il bersaglio, la proteina Mcl-1. Il suo utilizzo ha portato ad un aumento della sintesi del prodotto terapeutico Mcl-1S e una concomitante riduzione di Mcl-1L, con conseguente aumentata sensibilità delle cellule tumorali a stimoli apoptotici. L’oligonucleotide antisenso specifico per Mcl-1 ha anche indotto iperpolarizzazione mitocondriale con un conseguente accumulo di calcio nello stesso compartimento sub-cellulare. L'elevato rapporto Mcl-1S/Mcl-1L ha comportato un significativo stato di iperfusione dell'intera rete mitocondriale, verificatosi in maniera dependente dalla proteina di fissione mitocondriale Drp1. Ho proposto il rapporto intracellulare delle due isoforme proteiche Mcl-1L/S come un nuovo fattore di regolazione delle dinamiche mitocondriali di fusione e fissione. Nella seconda parte del lavoro, lo studio in corso di sviluppo sulla subunità c dell’ATP sintasi in campioni biologici di pazienti affetti da infarto di tipo STEMI, ha suggerito che i livelli sierici circolanti della proteina sono fortemente correlati a parametri clinici quali le dimensioni dell’infarto, la risoluzione del tratto ST e lo stato clinico del paziente. Inoltre, i livelli proteici di subunità c rilevati in fibroblasti provenienti da biospia cutanea, risultano essere correlati con l'attività del mPTP e l'indice MSI del relativo paziente.