O papel da helicase mitocondrial Twinkle em tecidos muscular e nervoso de Drosophila melanogaster - Rodrigues, Ana Paula Campos [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2022)
Mutações no gene humano TWNK, responsável por codificar a helicase mitocondrial Twinkle, frequentemente causam doenças mitocondriais que afetam o sistema neurolocomotor de pacientes. No caso da Oftalmoplegia Progressiva Externa (PEO), a principal característica é o acúmulo de múltiplas deleções no DNA mitocondrial (DNAmt). Em tecidos altamente energéticos, tais como o nervoso e o muscular, deleções e/ou depleção no DNAmt podem afetar a função mitocondrial, uma vez que esse genoma codifica subunidades proteicas primordiais para a produção de ATP via fosforilação oxidativa. Neste trabalho, utilizamos Drosophila melanogaster como modelo para compreender o papel tecido-específico da Twinkle em neurônios e na musculatura de moscas adultas. Diferentemente da letalidade larval observada com a superexpressão ubíqua de Twinkle K388A, uma variante disfuncional incapaz de hidrolisar ATP, a superexpressão músculo-específica não alterou nenhum parâmetro de viabilidade dos adultos avaliados. A superexpressão neurônio-específica também não afetou o desenvolvimento de Drosophila, mas causou redução drástica na atividade locomotora e na longevidade de indivíduos adultos, bem como depleção severa no DNAmt. A superexpressão de Twinkle tipo selvagem (WT) nesses tecidos não alterou nenhum fenótipo analisado, mas foi capaz de aumentar o número de cópias do DNAmt cerca de 30%. Análises preliminares dos intermediários da replicação do DNAmt em células musculares e neuronais de D. melanogaster, sob superexpressão de Twinkle WT ou K388A, evidenciaram aumento de uma das pausas replicativas que ocorrem naturalmente no genoma mitocondrial associadas ao fator de terminação transcricional (DmTTF). Além disso, possíveis deleções relacionadas à superexpressão de Twinkle K388A e WT foram encontradas em miócitos, apesar de não haver efeitos negativos ao fenótipo ou ao número de cópias de DNAmt nessas moscas. Determinar os mecanismos de manutenção do DNAmt envolvendo Twinkle pode fornecer ideias sobre como regular suas funções para melhorar as condições de disfunção mitocondrial que acometem tecidos nervoso e muscular durante o envelhecimento e o desenvolvimento de doenças mitocondriais.

Mutations in the human TWNK gene, responsible for encoding the mitochondrial helicase Twinkle, often cause mitochondrial diseases that affect the neurolocomotor system of patients. In the case of Progressive External Ophthalmoplegia (PEO), the main characteristic is the accumulation of multiple mitochondrial DNA (mtDNA) deletions. In high energy-demanding tissues, such as nervous and muscle, deletions and/or depletion in mtDNA can affect mitochondrial function, since this genome encodes protein subunits essential for ATP production via oxidative phosphorylation. In this research, we have used Drosophila melanogaster as a model to understand the tissue-specific role of Twinkle in neurons and musculature of adult flies. Unlike the larval lethality observed with the ubiquitous overexpression of the active-site mutant Twinkle K388A, the muscle-specific overexpression has not harmed any viability of adults. Neuron-specific overexpression also has not affected Drosophila development, but caused a drastic reduction in locomotor activity and longevity in adults, as well as severe mtDNA depletion. Wild-type Twinkle (WT) overexpression in these tissues have not changed any analyzed phenotypes, but was able to increase the mtDNA copy number about 30%. Preliminary results on mtDNA replication intermediates in D. melanogaster muscle and neuronal cells, overexpressing Twinkle WT and K388A, have shown an increase in one of the replicative pauses that occur naturally in the mitochondrial genome associated with transcriptional termination factor (DmTTF). In addition, potential deletions related to the overexpression of Twinkle K388A or WT were found in myocytes, despite no negative effects on the phenotype or the mtDNA copy number in these flies. The study of the mtDNA maintenance mechanisms involving Twinkle may provide insights into how to regulate its functions in order to improve the conditions of mitochondrial dysfunction that affect neurons and muscle during aging and the development of mitochondrial diseases.
The role of the mitochondrial DNA helicase Twinkle in muscle and nervous system of Drosophila melanogaster
Keywords: Twinkle; DNA mitocondrial; Disfunção mitocondrial; Replicação de DNA; Mitochondrial DNA; Mitochondrial dysfunction; DNA replication