Mutant ubiquitinB+1 (UBB+1) and abnormal changes of mitochondrial dynamics are commonly observed in a broad array of aging-related neurodegenerative diseases such as Alzheimer’s disease and Pick’s disease. Previous studies demonstrated that UBB+1 acts as a potent inhibitor of ubiquitin proteasome pathway and impairs the function of mitochondria in the neuronal cells. In this study, I investigated the relationship between UBB+1 and mitochondrial dynamics in human astrocytic cells. Immunocytochemistry and fluorescence recovery after photobleaching (FRAP) analysis showed that ectopic expression of UBB+1 affects mitochondrial dynamics to fusion. Overexpression of UBB+1 destabilized mitochondrial fission-specific proteins including Drp1, Fis1, and OPA3, but not mitochondrial fusion-specific proteins, Mfn1, Mfn2, and OPA1. The destabilization of mitochondrial fission-specific proteins by UBB+1 is recapitulated by 26S proteasome inhibition using proteasome inhibitors MG132 and Lactacystin. Among various protease inhibitors, Indinavir affected the stability of mitochondrial fission-specific proteins in UBB+1 stable expressing cells. Using lactate dehydrogenase assay and TMRE staining, I observed UBB+1 stable expressing cells have less sensitive to hydrogen peroxide induced oxidative stress compared to the control cells by the regulation of mitochondrial dynamics more fusion state. Collecting, my results demonstrate that UBB+1 destabilizes mitochondrial fission-specific proteins through the activation of proteases in 26S proteasome dependent manner and induces a mitochondrial fusion state resulting in increased resistance against oxidative stress, re-lighting the role of UBB+1 in neurodegenerative diseases.
UBB+1과 미토콘드리아 동역학의 비정상적인 변화는 알츠하이머병과 픽병과 같은 다양한 노화성 신경퇴화질환에서 관찰된다. 기존의 연구에서는 UBB+1은 유비퀴틴 프로테아좀 경로의 잠재적인 억제제이자 신경세포의 기능을 막는 역할을 한다고 설명해왔다. 이번 연구에서는, UBB+1과 미토콘드리아 동역학 사이의 관계를 사람성상세포에서 알아보았다. Immunocytochemistry와 FRAP 분석을 통해 UBB+1이 미토콘드리아 동역학을 결합 상태로 영향을 미친다는 것을 보여주었다. UBB+1의 과발현은 Drp1, Fis1. OPA3와 같은 미토콘드리아 분열 단백질들의 불안정을 유도하고, Mfn1, Mfn2, OPA1과 같은 미토콘드리아 결합 단백질들에는 영향을 미치지 않았다. UBB+1에 의한 미토콘드리아 분열 단백질들의 불안정화는 26S 프로테아좀 억제제인 MG132와 Lactacystin을 통해 26S 프로테아좀 억제를 통해 일어난다는 것을 확인하였다. 다양한 프로테아제 억제제 중 Indinavir가 UBB+1이 안정적으로 발현된 세포에서느 미토콘드리아 분열 단백질들의 안정성에 영향을 미쳤다. LDH 에세이와 TMRE 염색을 이용하여, UBB+1이 안정적으로 발현된 세포는 대조군에 비해 과산화수소에 의해 유도된 산화 스트레스에 덜 민감한 것으로 관찰되었고, 미토콘드리아 동역학이 결합 상태로 변해 조절되었다는 것을 알아내었다. 정리하자면, 나의 결과는 UBB+1은 미토콘드리아 분열 단백질들을 26S 프로테아좀 억제를 통해 불안정화시키고, 이것이 미토콘드리아를 결합상태로 유도하며, 결과적으로 산화스트레스에 의한 저항성을 생기게 해준다는 것을 밝혀내었으며, 신경퇴화질병들에서 UBB+1의 역할에 대해 재조명을 해보았다.
