The role of mitophagy in neurogenesis and neurodegeneration

Abstract

The vertebrate neural retina is a structure made up of six neuronal and one glial cell type, which arise from a pool of multipotent progenitor cells. We have previously shown that mitophagy is necessary for retinal development, since animals deficient in the protein that regulates mitophagy, NIX, show reduced numbers of retinal ganglion cells (RGC) in both the embryonic and adult retinas. In this doctoral thesis we want to further study the role of autophagy and mitophagy during retinal development, understand mitophagy levels at different stages of retinal development using MitoQC mitophagy reporter mice. The MitoQC reporter contains a tandem fusion protein (mCherryGFP) that targets the outer mitochondrial membrane (OMM). Under normal conditions, all mitochondria fluoresce in both green and red. During mitophagy, when mitochondria are transported to the lysosome, the GFP fluorescence is quenched by the acidic pH of the lysosome resulting in mitochondria marked red. Our data show that in the retina, many cell types show red dots indicative of mitophagy during different stages of embryonic development. In addition, we also show that we can induce mitophagy at different ages using pharmacological tools. Parkinson's disease (PD) is the second most prevalent neurological disease after Alzheimer's. The aetiology of Parkinson's disease is complex and unknown, although mitochondrial and lysosomal alterations play an important role. Mitophagy is impaired in patients and models with Parkinson's disease. PINK1 and Parkin are two proteins mutated in some PD patients that have a role in the control of mitophagy. Our data using the MitoQC animals injected with 6-OHDA show how mitophagy is decreased in dopaminergic neurons while the astrocytes present high levels of mitophagy.La retina neural de los vertebrados es una estructura formada por seis tipos neuronales y un tipo de célula glial, que surgen de un conjunto de progenitores multipotentes. Hemos demostrado previamente que la mitofagia es necesaria para el desarrollo de la retina, ya que los animales deficientes de NIX (proteína reguladora de mitofagia), muestran un número menor de células ganglionares tanto en la retina embrionaria como en la adulta. En la presente tesis doctoral queremos estudiar más a fondo el papel de la autofagia y la mitofagia durante el desarrollo de la retina y comprender los niveles de mitofagia en las diferentes etapas de su desarrollo. Para ello hemos utilizado los ratones reporteros de mitofagia MitoQC. El reportero MitoQC contiene una proteína de fusión en tándem (mCherryGFP) que está unida a FIS1, situada en la membrana mitocondrial externa. En condiciones normales, todas las mitocondrias emiten fluorescencia tanto en verde como en rojo. Sin embargo, durante la mitofagia, cuando las mitocondrias son transportadas al lisosoma, la fluorescencia de GFP se extingue por el pH ácido del lisosoma por lo que esa mitocondria se marca en rojo. Nuestros datos muestran que muchos tipos celulares de la retina muestran puntos rojos indicativos de mitofagia durante las diferentes etapas del desarrollo embrionario. Además, también demostramos que podemos inducir mitofagia farmacológicamente a diferentes edades. La enfermedad de Parkinson (EP) es la segunda enfermedad neurológica más prevalente después del Alzheimer. La etiología de la enfermedad de Parkinson es compleja y desconocida, aunque las alteraciones mitocondriales y lisosomales juegan un importante papel. La mitofagia, está alterada en pacientes y modelos con enfermedad de Parkinson. PINK1 y Parkin son dos proteínas mutadas en algunos pacientes con la EP que tienen un papel en el control de la mitofagia. Nuestros datos utilizando los animales MitoQC inyectados con 6-OHDA muestran cómo se ve disminuida la mitofagia en las neuronas dopaminergicas mientras que los astrocitos presentan niveles aumentados de mitofagia.