Trotz der entscheidenden Rolle des mitochondrialen RNA-Transports für die Aufrechterhaltung der Mitochondrienfunktion ist nach wie vor weitgehend unbekannt, wie in Mitochondrien RNA durch die Membranen transportiert wird. In einer kürzlich in »Cell Research« veröffentlichten Arbeit identifizierten Wang et al. den ATP/ADP-Translokase 2 als ersten mitochondrialen RNA-Translokon von Säugetieren, wobei sie eine Reihe von innovativen biochemischen Systemen verwendeten. Sie zeigten seine regulatorische Rolle bei der angeborenen Immunität, die durch den Ausfluss mitochondrialer Doppelstrang-RNA ausgelöst wird.

Mitochondrien, die oft als die Kraftwerke der Zelle bezeichnet werden, sind von zentraler Bedeutung für die ATP-Produktion und spielen eine zentrale Rolle bei der Regulierung des Zellstoffwechsels. Obwohl Mitochondrien ihr eigenes Genom besitzen, importieren kerncodierte nicht-kodierende RNA, die für die Aufrechterhaltung der mitochondrialen Funktion und die Regulierung der Genexpression unerlässlich ist. Darüber hinaus exportieren Mitochondrien in Säugetieren doppelsträngige RNA (dsRNA), die zur zellulären Signalgebung beiträgt, insbesondere bei der Aktivierung angeborener Immunantworten während der antiviralen Abwehr. Obwohl der mitochondriale RNA-Transport für die mitochondriale RNA-Dynamik und die gesamte mitochondriale Funktionalität von entscheidender Bedeutung ist, sind die genauen Mechanismen noch nicht vollständig geklärt.

Wang et al. identifizierten den ATP/ADP-Translokase 2 (ANT2) als potenzielles RNA-Translokon in mitochondrialen Membranen mit Hilfe eines in vitro RNA-Cross-Membrane-Transportsystems. Sie entwickelten dieses System mit Ribonuklease-freien Liposomen, die aus mitochondrialen Membranen gewonnen wurden, und nutzten UV-Quervernetzung und Massenspektrometrie, um potenzielle RNA-Translokone mit Biotin-markierter mitochondrialer dsRNA (mt-dsRNA) und Telomerase-RNA-Komponente (TERC) als RNA-Substrate zu analysieren. ANT2 erwies sich beim Screening von mitochondrialen RNA-Transportern als signifikantes Element und zeigte die Fähigkeit, an verschiedene zuvor gemeldete mitochondriale RNAs zu binden, darunter dsRNA, TERC, 5S-rRNA und das wachstumsstoppspezifische Transkript 5 (GAS5). Die ANT-Familie, die in erster Linie als ADP/ATP-Transporter bekannt ist, erleichtert den Austausch von ATP aus der mitochondrialen Matrix mit ADP aus dem Zytoplasma, was für die Aufrechterhaltung der zellulären Energiehomöostase unerlässlich ist. Darüber hinaus tragen ANT-Proteine zur Bildung der mitochondrialen Permeabilitätsübergangspore bei, die in den regulierten nekrotischen Zelltod involviert ist. Diese Studie ist die erste, die die potenzielle Rolle von ANT2 als Translokon für die mitochondriale membranübergreifende RNA-Translokation aufzeigt.

Um die Beteiligung von ANT2 am RNA-Transport weiter zu verifizieren, verwendeten die Autoren gereinigte Mitochondrien und von der Mitochondrienmembran abgeleitete Liposomen für den Transportversuch. Die Ergebnisse zeigten, dass die Überexpression von ANT2 den mitochondrialen Transport von dsRNA (ungefähr 5-fach), TERC und 5S-rRNA (ungefähr 3-fach) und GAS5 (ungefähr 2-fach) signifikant erhöhte, was darauf hindeutet, dass ANT2 in gewisser Weise am RNA-Transport beteiligt ist. Anschließend etablierten die Autoren ein System, das von Natur aus nicht in der Lage ist, RNA zu transportieren, indem sie von der bakteriellen Zellmembran abgeleitete Liposomen oder ein reines Liposomen-Aufnahmesystem verwendeten. Die Einführung von ANT2 in dieses System ermöglichte die RNA-Permeabilität, was direkt zeigt, dass ANT2 als innerer Membrantransportkanal für mitochondriale RNA fungiert. Im Gegensatz zum Liposomen-RNA-Transport ist für den RNA-Transport in gereinigte Mitochondrien ATP erforderlich, um das ungünstige innere Membranpotenzial der Mitochondrien gegenüber negativ geladener RNA auszugleichen. Die Rolle von ANT2 beim mitochondrialen RNA-Import (TERC und 5S-rRNA) und -Export (TERC-53) wurde mit Hilfe eines Organellensystems bestätigt, was die bidirektionale Transportfähigkeit und die duale Funktionalität von ANT2 unterstreicht.

Die RNA-Translokationsaktivität ist einzigartig für ANT2 unter den menschlichen ANT-Isoformen, einschließlich ANT1, ANT2, ANT3 und ANT4. Obwohl ANT1 und ANT3 eine hohe Homologie und eine ähnliche ADP/ATP-Trägeraktivität wie ANT2 aufweisen, fehlt ihnen die RNA-Translokationsaktivität im bakteriellen oder reinen Liposomensystem. Interessanterweise verringerte die T247A-Mutation von ANT2 seine RNA-Translokationsaktivität erheblich, ohne die ADP/ATP-Trägeraktivität zu beeinträchtigen. Darüber hinaus hatten Inhibitoren der ADP/ATP-Trägeraktivität keinen Einfluss auf die RNA-Translokation, was die unterschiedliche und unabhängige Natur des ANT2-vermittelten RNA-Transports unterstreicht. Wie die Strukturanalyse zeigt, bildet ANT2 einen Kanal mit positiv geladenen Resten für die Bindung und den Transport von RNA; dabei spielt T247 eine entscheidende Rolle bei der Stabilisierung der Interaktion mit RNA durch Wasserstoffbrückenbindungen. Diese Ergebnisse unterstreichen die spezialisierte Funktion von ANT2 beim RNA-Transport, unabhängig von seiner traditionellen Rolle als mitochondrialer Ladungsträger.

mt-dsRNA wird aus überlappenden Transkripten gebildet, die durch bidirektionale Transkription mitochondrialer DNA entstehen. Kürzlich entdeckten Dhir et al., dass sich mt-dsRNA in großem Umfang anreichert und PNPase-abhängig ins Zytoplasma entweicht, wodurch eine Melanom-Differenzierungs-assoziierte Gen-5(MDA5)-gesteuerte Typ 1 Interferon-Antwort und eine anschließende Immunaktivierung ausgelöst wird. In der vorliegenden Untersuchung erhöhte die Überexpression von ANT2 den zytosolischen mt-dsRNA-Spiegel und führte zu einer Hochregulierung der Immunreaktionsmarker MDA5, RIG-I (retinoic acid-inducible gene I) und ISG15 (interferon-stimulated gene 15). Die Ausschaltung von ANT2 hatte dagegen den gegenteiligen Effekt. Darüber hinaus hatte die ANT2-T247A-Mutante viel schwächere Auswirkungen auf den zytosolischen mt-dsRNA-Spiegel und die nachgeschalteten Immunreaktionen, was die entscheidende Rolle von ANT2 bei der mt-dsRNA-Translokation unterstreicht. Wichtig ist, dass nach dem Abbau von mt-dsRNA durch Dicer die Immunantworten sowohl in ANT2-überexprimierenden als auch in Kontrollzellen reduziert waren, was weiter bestätigt, dass der ANT2-vermittelte Efflux von mt-dsRNA der primäre Auslöser von Immunantworten ist. Darüber hinaus haben frühere Studien die klinische Bedeutung des mt-dsRNA-Effluxes bei Autoimmunkrankheiten wie Osteoarthritis, Sjӧgren-Syndrom und Lupus hervorgehoben. In dieser Studie reduzierte der Expressionsstopp von ANT2 in immunisierten Mäusen die mt-dsRNA-Spiegel und die damit verbundenen Entzündungsmarker (IL6 und ISG15) und milderte die Immunreaktionen in einem Ovalbumin-induzierten Entzündungsmodell wirksam. Der gezielte Einsatz von ANT2 zur Hemmung des mt-dsRNA-Effluxes stellt eine vielversprechende therapeutische Strategie zur Behandlung übermäßiger Entzündungen bei immunbedingten Erkrankungen dar und bietet damit das Potenzial für neue Behandlungen zur Kontrolle von Entzündungen und zur Verbesserung der Ergebnisse bei Patienten mit Autoimmunerkrankungen.

Die Entdeckung von ANT2 als RNA-Translokon für die mitochondriale membranübergreifende Translokation eröffnet einen neuen Weg zum Verständnis der mitochondrialen RNA-Dynamik und des Metabolismus. Künftige Forschungsarbeiten sollten darauf abzielen, die molekularen Mechanismen zu beschreiben, die der ANT2-vermittelten RNA-Translokation zugrunde liegen, und zu untersuchen, wie ANT2 verschiedene RNA-Typen transportiert, um unser Verständnis der mitochondrialen Biologie zu verbessern. Darüber hinaus ist die Erforschung des ANT2-vermittelten RNA-Transports in verschiedenen physiologischen und pathologischen Szenarien, einschließlich mitochondrialer Erkrankungen, Krebs und Stoffwechselstörungen, entscheidend. Die Nutzung von ANT2 als Zielmolekül zur Regulierung mitochondrialer RNA-Spiegel und Immunreaktionen bietet einen praktikablen therapeutischen Ansatz für Erkrankungen, die durch übermäßige Entzündungen und Dysregulation des Immunsystems gekennzeichnet sind.