Abstract:

Choline kinase is the first step enzyme for phosphatidylcholine (PC) de novo biosynthesis. Loss of choline kinase activity in muscle causes rostrocaudal muscular dystrophy (rmd) in mouse and congenital muscular dystrophy in human, characterized by distinct mitochondrial morphological abnormalities. We performed biochemical and pathological analyses on skeletal muscle mitochondria from rmd mice. No mitochondria were found in the center of muscle fibers, while those located at the periphery of the fibers were significantly enlarged. Muscle mitochondria in rmd mice exhibited significantly decreased PC levels, impaired respiratory chain enzyme activities, decreased mitochondrial ATP synthesis, decreased coenzyme Q and increased superoxide production. Electron microscopy showed the selective autophagic elimination of mitochondria in rmd muscle. Molecular markers of mitophagy, including Parkin, PINK1, LC3, polyubiquitin and p62, were localized to mitochondria of rmd muscle. Quantitative analysis shows that the number of mitochondria in muscle fibers and mitochondrial DNA copy number were decreased. We demonstrated that the genetic defect in choline kinase in muscle results in mitochondrial dysfunction and subsequent mitochondrial loss
through enhanced activation of mitophagy. These findings provide a first evidence for a pathomechanistic link between de novo PC biosynthesis and mitochondrial abnormality.

日本語要旨:

コリンキナーゼ欠損マウスの骨格筋筋線維では、ミトコンドリアの巨大化と部分的な消失が見られるが、このマウスのミトコンドリアにおいて、ミトコンドリア膜リン脂質の組成変化、ミトコンドリア機能の障害、およびミトコンドリア特異的オートファジー(ミトファジー)が見られることを始めて報告した。リン脂質合成経路の酵素欠損により、ミトコンドリアの機能異常を来たすことを示した。エクソン・アレイを用いることで、筋強直性ジストロフィー1型(DM1)の骨格筋において、マオメシン１(MYOM1)遺伝子のエクソン17aがmRNAに取り込まれることを明らかにした。この取り込みはMBNL1-3のみならずCELF1-2でも抑制された。一方、CUGリピート伸長により、MBNL1のMYOM1ミニジーンに対する効果は阻害されたが、CELF1の効果は阻害されなかった。このことは、DM1筋においては、MBNLの抑制がMYOM1エクソン17aの異常スプライシングを惹起していることを示唆している。