Enjoy the Trip: Calcium in Mitochondria Back and Forth

Annual Review of Biochemistry - Tập 85 Số 1 - Trang 161-192 - 2016
Diego De Stefani1, Rosario Rizzuto1,2, Tullio Pozzan1,2,3
1Department of Biomedical Sciences, University of Padova, 35121 Padova, Italy
2National Research Council (CNR) Neuroscience Institute, 35121 Padova, Italy
3Venetian Institute of Molecular Medicine, 35121 Padova, Italy

Tóm tắt

In the last 5 years, most of the molecules that control mitochondrial Ca2+ homeostasis have been finally identified. Mitochondrial Ca2+ uptake is mediated by the Mitochondrial Calcium Uniporter (MCU) complex, a macromolecular structure that guarantees Ca2+ accumulation inside mitochondrial matrix upon increases in cytosolic Ca2+. Conversely, Ca2+ release is under the control of the Na+/Ca2+ exchanger, encoded by the NCLX gene, and of a H+/Ca2+ antiporter, whose identity is still debated. The low affinity of the MCU complex, coupled to the activity of the efflux systems, protects cells from continuous futile cycles of Ca2+ across the inner mitochondrial membrane and consequent massive energy dissipation. In this review, we discuss the basic principles that govern mitochondrial Ca2+ homeostasis and the methods used to investigate the dynamics of Ca2+ concentration within the organelles. We discuss the functional and structural role of the different molecules involved in mitochondrial Ca2+ handling and their pathophysiological role.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

10.1073/pnas.0908099107

10.1038/nature09358

10.1038/nature10230

10.1038/nature10234

10.1038/emboj.2013.157

6. Plovanich M, Bogorad RL, Sancak Y, Kamer KJ, Strittmatter L, et al. 2013. MICU2, a paralog of MICU1, resides within the mitochondrial uniporter complex to regulate calcium handling. PLOS ONE 8:e55785

10.1038/ncb2622

10.1126/science.1242993

10.1091/mbc.E13-08-0502

10.1073/pnas.47.11.1744

Vasington F, 1962, J. Biol. Chem., 237, 2670, 10.1016/S0021-9258(19)73805-8

10.1073/pnas.68.6.1231

Brand MD, 1976, J. Biol. Chem., 251, 968, 10.1016/S0021-9258(17)33787-0

10.1021/bi00644a036

10.1016/0006-291X(73)91322-3

10.1016/0014-5793(76)80899-X

10.1111/j.1432-1033.1977.tb11839.x

10.1042/bj1760463

10.1085/jgp.201110757

10.1126/science.280.5370.1763

10.1126/science.8235595

10.1111/j.1469-7793.2000.00037.x

10.1054/ceca.1999.0076

10.1152/physrev.00004.2005

10.1038/35000001

10.1074/jbc.271.4.2185

10.1042/bj2230467

10.1152/physrev.1999.79.4.1127

10.1152/ajpcell.1991.261.6.C1123

10.1016/j.bbabio.2008.11.012

10.1038/nrm1153

10.1016/S0959-4388(00)00101-X

10.1101/pdb.top066118

10.1016/j.ymeth.2008.09.025

10.1113/jphysiol.2006.120212

Simpson AW, 2006, Methods Mol. Biol., 312, 3

10.1016/j.ceca.2005.06.026

10.1016/j.ceca.2005.06.025

10.1016/j.ceca.2005.06.023

10.1038/358325a0

10.1016/j.ceca.2004.08.002

10.1073/pnas.93.11.5489

10.1113/jphysiol.2006.126524

10.1007/s00424-007-0349-5

10.1042/bj3410745

10.1016/j.molcel.2010.04.003

10.1016/j.molcel.2010.06.029

10.1016/j.ceca.2014.02.008

10.1113/jphysiol.2013.268235

10.1016/j.bbrc.2014.04.143

10.1016/j.yjmcc.2014.11.015

10.1002/embr.201438446

10.1126/science.1214977

10.1093/nar/gkv455

10.1038/nbt.2375

10.7554/eLife.00704

10.1073/pnas.1210718109

10.1371/journal.pone.0039722

10.1074/jbc.M112.392084

10.1038/ncomms3034

10.1016/j.bbrc.2013.04.015

10.1371/journal.pone.0096866

10.1038/ncb2868

10.1038/nature02246

10.1161/CIRCULATIONAHA.108.835389

10.1038/ncomms2325

10.1016/j.ajhg.2008.07.010

10.1111/j.1365-313X.2011.04617.x

10.1021/pr101183k

10.1016/j.molcel.2014.01.013

10.1073/pnas.1400514111

10.1016/j.molcel.2014.06.003

10.1016/j.cell.2012.10.011

10.1016/j.cmet.2013.04.020

10.1016/j.cmet.2014.12.004

10.1016/j.gene.2004.11.028

10.1016/j.bbabio.2014.04.010

10.1021/bi00593a033

10.1016/S0006-3495(01)76007-9

10.1038/nature11444

10.15252/embr.201540436

10.1002/embj.201386523

10.1126/stke.2152004re1

10.1126/scisignal.2005673

10.1146/annurev.biochem.68.1.821

10.1038/sj.onc.1207105

10.1016/j.cub.2012.11.026

10.4161/cib.23818

10.1186/1476-4598-6-54

10.1074/jbc.270.46.27510

10.1016/S0005-2728(00)00254-1

10.1007/s00424-013-1224-1

10.1085/jgp.201210784

10.1074/jbc.M101486200

10.1038/ncb1556

10.1126/science.1175145

10.3389/fphys.2014.00083

10.1038/ncb1108-1235

10.1085/jgp.201311096

10.1093/hmg/ddp563

10.1016/j.bbabio.2004.03.019

10.1016/0022-2828(74)90077-7

10.1016/j.bbrc.2015.02.170

10.1016/j.ceca.2014.12.007

10.1096/fj.13-248161

10.1038/srep02766

10.1523/JNEUROSCI.5721-12.2013

10.1126/science.1215759

10.1073/pnas.1415751111

Arslan P, 1985, J. Biol. Chem., 260, 2719, 10.1016/S0021-9258(18)89421-2

10.1016/0167-4838(91)90486-J

Robinson JD, 1971, Mol. Pharmacol., 7, 238

10.1038/cddis.2014.134

10.1016/j.ceca.2006.08.016

10.1152/physrev.1990.70.2.391

10.1042/bj1280161

10.1042/bj2520181

10.1016/j.bbabio.2009.01.005

10.1152/physrev.00030.2003

10.1038/45280

10.1038/nm.3835

10.1016/j.ceca.2011.04.007

10.1073/pnas.1217823110

10.1161/CIRCRESAHA.115.306557

10.4161/cc.23599

10.1038/onc.2014.96

10.3389/fonc.2014.00235

10.1016/j.cmet.2011.03.015

10.1016/j.mce.2015.05.002

10.1023/A:1006893903113

10.1074/jbc.M304988200

10.1074/jbc.M401417200

10.1007/s11064-015-1652-8

10.1038/nrm1150

10.1016/0092-8674(95)90430-1

10.1016/j.tcb.2007.07.011

10.1093/emboj/18.1.96

10.1054/ceca.2000.0191

10.1161/01.STR.0000256294.46009.29

10.1523/JNEUROSCI.14-01-00348.1994

10.1097/00001756-199712220-00017

10.1085/jgp.115.3.371

10.1085/jgp.115.3.351

10.1046/j.0953-816x.2001.01602.x

10.1093/emboj/18.18.4999

10.1093/emboj/20.17.4998

10.1023/A:1005556227425

10.1073/pnas.032423699

10.1016/S0006-3495(00)76272-2

10.1152/ajpcell.00619.2005

10.1161/01.RES.0000232546.92777.05

10.1152/physiol.00017.2007

10.1083/jcb.142.5.1235

10.1074/jbc.274.20.14157

10.1038/sj.embor.7400620

10.1111/j.1469-7793.2001.0387c.xd

10.1016/j.mam.2004.03.001

10.1083/jcb.137.3.633

10.1073/pnas.0703126104

10.1113/jphysiol.2002.034140

10.1093/emboj/cdf675

10.1038/ng.2851

10.1007/s00424-012-1177-9

10.1016/j.cmet.2013.05.003

10.1038/ncomms3865

10.1038/ncomms3330

10.1016/j.devcel.2014.08.002

10.1016/j.yjmcc.2015.05.022

10.1016/j.celrep.2015.06.017

10.1016/j.bbrc.2014.04.144

10.1038/ncomms7081

10.1073/pnas.1504705112

10.1016/j.celrep.2015.06.002

10.1016/j.celrep.2015.01.056

10.1161/hh0701.089753

10.1073/pnas.96.18.10495

10.1038/27681

10.1016/j.bbrc.2014.04.142