La macro autofagia es un proceso intracelular que implica la degradación catabólica de componentes celulares dañados y disfuncionales, como orgánulos y proteínas, con el propósito de reciclar o producir energía. Para iniciar este proceso metabólico, la célula engulle los componentes celulares dañados en una estructura de doble membrana, conocida como autofagosoma, que se fusiona con un lisosoma y su contenido se degrada y recicla 1,2. Hay dos tipos principales de autofagia, la no selectiva y la selectiva. El proceso de autofagia no selectiva ocurre cuando la célula se encuentra bajo condiciones de privación de nutrientes y necesita buscar nutrientes esenciales y energía. Sin embargo, la autofagia selectiva se produce para mediar la eliminación de orgánulos y proteínas disfuncionales/dañados que, de otro modo, podrían ser tóxicos. Uno de los procesos de autofagia selectiva más estudiados es la eliminación de mitocondrias, denominada mitofagia 1,3-5.
Las mitocondrias son los orgánulos centrales para el metabolismo celular y la fuente principal de trifosfato de adenosina (ATP) a través de la fosforilación oxidativa a través de la cadena de transporte de electrones, la oxidación de ácidos grasos y el ciclo del ácido tricarboxílico (TCA). Además, las mitocondrias regulan la producción de especies reactivas de oxígeno (ROS) y liberan proteínas que participan en las vías de muerte celular 6-8.
PTEN-quinasa putativa 1 (PINK1) y Parkin RBR E3 ubiquitina ligasa (Parkin) son las proteínas clave implicadas en el proceso de mitofagia. Parkin puede proteger contra la muerte celular al mantener la célula sana a través del control de calidad mitocondrial9. Tras la pérdida del potencial de membrana mitocondrial, la parkina citosólica es reclutada por PINK1 para las mitocondrias. Este reclutamiento desencadena los eventos secuenciales de la mitofagia 10. Existe una amplia gama de pruebas de que la mitofagia es un proceso fundamental de control de calidad de las mitocondrias y las anomalías en este proceso impulsan la enfermedad 7. Por ejemplo, la enfermedad de Parkinson autosómica recesiva se ha asociado con mutaciones en los genes que codifican para Parkin y PINK1 (PARK2 y PINK1, respectivamente) 11. El control de calidad de la salud mitocondrial es esencial para la eliminación de las mitocondrias que contribuyen a la acumulación de ROS12. La presencia excesiva de ROS intracelulares puede provocar daños tanto en el ADN nuclear como en el mitocondrial (ADN y ADN mt, respectivamente).
Aquí, mostramos un enfoque de microscopía de video de lapso de tiempo para seguir la agregación de Parkin después de la inducción de mitofagia mediada por Parkin en fibroblastos embrionarios de ratón inmortalizados a través de la administración in vitro de cianuro de carbonilo 4-(trifluorometoxi)-fenilhidrazona (FCCP), un agente de desacoplamiento. FCCP interrumpe la síntesis de ATP al cortocircuitar protones a través de la membrana mitocondrial externa y, por lo tanto, desacoplar la fosforilación oxidativa de la cadena de transporte de electrones 13. El desencadenamiento de la despolarización de la membrana mitocondrial conduce a la interrupción de las mitocondrias y a la eliminación selectiva dependiente de Parkin. Por lo tanto, la transfectación de las células de interés con un vector de expresión que codifica Parkin fusionado con un marcador fluorescente (proteína fluorescente amarilla mejorada, EYFP) se puede utilizar como una marca fluorescente para seguir el reclutamiento de Parkin durante el proceso mitofágico. Con el fin de visualizar las mitocondrias, co-transfectamos pDsRed2-Mito, que codifica la proteína fluorescente roja (DsRed2) que contiene una secuencia de diana mitocondrial de la subunidad VIII de la citocromo c oxidasa (Mito). pDsRed2-Mito está diseñado para el marcaje fluorescente de mitocondrias14. El tiempo requerido para la translocación de Parkin a la membrana mitocondrial se puede medir y proporciona una medida indirecta de la salud celular. Por ejemplo, podemos decir que si una línea celular eliminada para un gen particular de interés muestra un reclutamiento más rápido o más lento de Parkin después de la inducción de la mitofagia por FCCP, ese producto génico sería un jugador clave para mantener las tasas metabólicas de la célula en el estado fisiológico y prevenir el desarrollo de enfermedades. Por lo tanto, la microscopía de video de lapso de tiempo proporciona una herramienta muy poderosa para aplicaciones de investigación básica y clínica para seguir la dinámica de las proteínas marcadas durante sus procesos moleculares y comprender cómo se ven afectados estos procesos durante una condición patológica.