Desmin Interacts Directly with Mitochondria

Abstract

Desmin intermediate filaments (IFs) play an important role in maintaining the structural and functional integrity of muscle cells. They connect contractile myofibrils to plasma membrane, nuclei, and mitochondria. Disturbance of their network due to desmin mutations or deficiency leads to an infringement of myofibril organization and to a deterioration of mitochondrial distribution, morphology, and functions. The nature of the interaction of desmin IFs with mitochondria is not clear. To elucidate the possibility that desmin can directly bind to mitochondria, we have undertaken the study of their interaction in vitro. Using desmin mutant Des(Y122L) that forms unit-length filaments (ULFs) but is incapable of forming long filaments and, therefore, could be effectively separated from mitochondria by centrifugation through sucrose gradient, we probed the interaction of recombinant human desmin with mitochondria isolated from rat liver. Our data show that desmin can directly bind to mitochondria, and this binding depends on its N-terminal domain. We have found that mitochondrial cysteine protease can disrupt this interaction by cleavage of desmin at its N-terminus.

Loss of intermediate filament IFB-1 reduces mobility, density and physiological function of mitochondria in C. elegans sensory neurons

“…Vice versa, static anchors such as the microtubule binding protein SNPH actively stop mitochondria at ATP-deficient sites 27 . Also NFs, desmin and vimentin all bind to mitochondria regulating their dynamics and distributions 9,26,32,33,45,46 . But also IF-associated proteins such as plectin 1b are able to connect the IF-network to mitochondria 35 .…”

“…Mitochondrial quality control, membrane potential, organization and function are all impaired upon loss of IFs [6][7][8] . It has also been shown that mutations in IFs affect mitochondrial size, density and respiratory function [8][9][10][11] .…”

“…Further, studies have shown that mitochondrial motility is significantly diminished upon accumulations of IFs 10,11 and in neurons, the transport of NFs depends on kinesin-1 34 . It has been also revealed that IF-associated protein plectin 1b links mitochondria to the IF-network in fibroblasts 35 and that desmin, a type III IF, directly interacts with mitochondria through its N-terminus 9 .…”

Μηχανισμοί Αναγέννησης Του Μυοκαρδίου

“…Η δεμσίνη με την αΒ-κρυσταλλίνη συνεντοπίζονται και στις περιοχές συσχέτισης του ενδοπλασματικού δικτύου με τα μιτοχόνδρια, τα MAMs, όπου αλληλεπιδρούν με τη VDAC, τη Mic60 (ή mitofilin), το κύριο συστατικό του MICOS συμπλόκου (mitochondrial contact site and cristae organizing system) και την ATP συνθετάση, συμβάλλοντας στη διατήρηση της μορφολογίας και της σωστής λειτουργίας των μιτοχονδρίων . Μάλιστα, πρόσφατα δείχθηκε ότι η δεσμίνη προσδένεται άμμεσα με τα μιτοχόνδρια μέσω της αμινο-τελικής περιοχής της (Dayal et al, 2020). Ο σπουδαίος ρόλος της δεσμίνης στη διασφάλιση της ομοιόστασης των μιτοχονδρίων, φαίνεται ξεκάθαρα από το πειραματικό μοντέλο ποντικού με έλλειψη δεσμίνης, το οποίο παρουσιάζει εκτεταμένες μιτοχονδριακές βλάβες μεταξύ άλλων, όπως θα συζητηθεί παρακάτω, αλλά και από το γεγονός ότι τα μιτοχόνδρια είναι από τα πρώτα οργανίδια που προσβάλλονται τόσο κατά την απουσία της δεσμίνης, όσο και σε περιπτώσεις μεταλλάξεων των σχετιζόμενων με τη δεσμίνη πρωτεϊνών (Milner et al, 1996, Milner et al, 2000Maloyan et al, 2005;Galata et al, 2018;Winter et al, 2015).…”

“…. Μάλιστα, αρκετά πρόσφατα δείχθηκε ότι η δεσμίνη αλληλεπιδρά άμεσα με τα μιτοχόνδρια μέσω του αμινο-τελικού της άκρου (Dayal et al, 2020). Επομένως, προτείνεται ότι η διατάραξη της αλληλεπίδρασης του δικτύου των ινιδίων της δεσμίνης με τα μιτοχόνδρια, επηρεάζει τη σωστή τοπολογία τους, η οποία με τη σειρά της επηρεάζει και τη λειτουργία τους.…”