De ziekte van Parkinson: Identificatie en validatie van PINK1 substraten.

Mutaties in het PINK1-gen veroorzaken een erfelijke vorm van de ziekte van Parkinson die zich al op jonge leeftijd manifesteert. PINK1 is een mitochondriaal kinase dat betrokken is bij de regulatie van verschillende mitochondriale functies, waaronder oxidatieve fosforylatie en mitofagie. Sinds PINK1 in verband werd gebracht met de ziekte van Parkinson tien jaar geleden, zijn verschillende substraten geïdentificeerd. De biochemische basis van hun fosforylatie door PINK1 is echter nog niet volledig uitgeklaard. Bovendien kan PINK1 ook zelf gefosforyleerd worden. PINK1 ondergaat proteolyse in gezonde mitochondriën, maar accumuleert snel bij depolarisatie van de mitochondriale membraanpotentiaal. In dit werk wordt onderzocht hoe deze complexe regulatie de kinase-activiteit van PINK1  reguleert in fysiologische en pathologische omstandigheden.
We ontwikkelden een in vitro proefopstelling voor het meten van PINK1 kinase-activiteit en bevestigen hiermee de directe fosforylatie van zowel Parkine als Ubiquitine door PINK1 in afwezigheid van depolarisatie. De eerder geïdentificeerde substraten TRAP1 en NDUFA10 worden in vitro niet gefosforyleerd door PINK1. We stellen vast dat de (auto)fosforylatie-activiteit verschilt tussen verschillende PINK1-orthologen en afhankelijk is van PINK1-proteolyse. Dit wijst erop dat structurele verschillen de kinase-activiteit kunnen beïnvloeden.
Om de regulatie van PINK1 door fosforylatie in kaart te brengen hebben we op systematische wijze de rol van vier eerder geïdentificeerde fosforylatie residu’s, S228, T257, T313 en S402, geanalyseerd, zowel in auto- en substraat
fosforylatie als in mitofagie. Onze data tonen aan dat slechts twee van deze residu’s, S228 en S402, autofosforylatie ondergaan in vitro. Bovendien zijn er bijkomende, nog niet geïdentificeerde fosforylatie residu’s aanwezig in PINK1.
We stellen vast dat zowel fosforylatie van S228 als van S402 de fosforylatie van de substraten Parkine en Ubiquitine beïnvloedt. S402 fosforylatie is belangrijk voor de functie van het PINK1-eiwit voorafgaand aan proteolyse en speelt
een rol bij de werving van Parkine voor de inductie van mitofagie. Tenslotte tonen we, in tegenstelling tot eerdere publicaties, aan dat het belang van T313 voor de katalytische activiteit van PINK1 onafhankelijk is van fosforylatie.
Deze resultaten benadrukken het belang van meervoudige fosforylatie bij de nauwgezette regulatie van de kinase-activiteit van PINK1. Tegelijkertijd ontkrachten we de hypothese dat PINK1-activiteit afhankelijk zou zijn van mitochondriale depolarizatie, en onderstrepen we de algemene rol die PINK1 speelt als regulator van mitochondriale homeostase.