Mitochondria play the fundamental role in energy production and integration of many important metabolic and signalling pathways, which makes them essential for the function of a cell. The optimal operation of mitochondria depends on the qualitative and quantitative composition of the organellar proteins - the proteome. To maintain the homeostasis of the mitochondrial proteome, mitochondria developed a protein quality control system, which acts on the molecular, cellular and organellar levels. ATP-dependent proteases constitute a key element of this system. It consists of Lon/PIM1 and ClpXP proteases located in the mitochondrial matrix as well as AAA proteases anchored in the inner mitochondrial membrane. The ATP-dependent proteases degrade misfolded, damaged or not assembled proteins. These enzymes are also involved in complex regulatory mechanisms such as mitochondrial translation, fusion and response to stress. Lack of any of ATP-dependent proteases leads to mitochondrial dysfunction and the development of many major diseases in humans. This work summarizes the current knowledge of the ATP-dependent proteolytic system in mitochondria in different organisms.
Fundamentalna rola mitochondriów w procesach wytwarzania energii oraz integracji wielu istotnych szlaków metabolicznych i sygnałowych sprawia, że są one kluczowe dla funkcjonowania komórki. Optymalne działanie mitochondriów zależy od jakościowego i ilościowego składu białkowego tego organellum - proteomu. Aby utrzymać odpowiednią homeostazę proteomu, w mitochondriach wykształcił się system kontroli jakości i ilości białek, który obejmuje mechanizmy działające na poziomach: molekularnym, organellarnym i komórkowym. Kluczowym elementem tego systemu jest grupa proteaz zależnych od ATP. W jej skład wchodzą enzymy macierzy mitochondrialnej - Lon/PIM1 i ClpXP oraz zlokalizowane w błonie wewnętrznej proteazy AAA. Degradują one niesfałdowane, uszkodzone i niezasocjowane białka. Enzymy te zaangażowane są również w złożone mechanizmy regulacyjne determinujące m.in. translację mitochondrialną, procesy fuzji oraz odpowiedź na stres. Brak zależnych od ATP proteaz prowadzi do dysfunkcji mitochondriów i rozwoju wielu poważnych chorób u ludzi. Niniejsza praca podsumowuje obecny stan wiedzy dotyczący zależnych od ATP proteolitycznych systemów kontroli jakości w mitochondriach różnych organizmów.
Keywords: AAA protease; ClpXP; FTSH; Lon; mitochondrial proteases; protein quality control in mitochondria.