Ο ρόλος της μιτοφαγίας στην επικοινωνία των υποκυτταρικών οργανιδίων κατά την γήρανση

Abstract

Ageing is associated with a progressive loss of cellular homeostasis, closely linked to mitochondrial dysfunction, impaired quality control mechanisms, and defective communication among intracellular organelles. This doctoral thesis investigates the role of mitophagy in preserving the functional interplay among mitochondria, the endoplasmic reticulum, and lysosomes during ageing, using Caenorhabditis elegans as the main experimental model and complementary analyses in normal human cells. Our findings showed that mitophagy deficiency recapitulates key age-associated features of cellular decline, leading to structural abnormalities in mitochondria, the endoplasmic reticulum, and lysosomes, together with reduced ER-mitochondria contact sites. In contrast, urolithin A (UA), a natural mitophagy inducer, restored organellar morphology, enhanced ER-mitochondria contacts, and promoted mitophagy during ageing. UA also increased intracellular calcium levels and activated a calcium-dependent pathway involving ITR-1/InsP3R, MCU-1, DRP-1, SKN-1, and UNC-43, thereby coordinating mitophagy with mitochondrial biogenesis and sustaining mitochondrial homeostasis, muscle integrity, and lifespan. In parallel, transcriptomic and proteomic analyses revealed that UA reprograms molecular networks related to calcium homeostasis and to mitochondrial, endoplasmic reticulum, and lysosomal function, supporting the existence of a broad adaptive cellular response. In normal human cells, UA enhanced mitophagy, improved mitochondrial and lysosomal function, and protected against stress-induced premature senescence, also in a calcium-dependent manner.Taken together, this work identifies mitophagy not only as a mitochondrial quality control pathway, but also as a critical regulator of inter-organellar communication during ageing. These findings support the view that UA exerts geroprotective effects by restoring calcium-dependent organelle crosstalk and promoting mitochondrial renewal, highlighting its therapeutic potential for healthy ageing and age-related disorders.

Η γήρανση συνοδεύεται από προοδευτική διαταραχή της κυτταρικής ομοιόστασης, η οποία σχετίζεται στενά με τη μιτοχονδριακή δυσλειτουργία, την έκπτωση των μηχανισμών ποιοτικού ελέγχου και την απορρύθμιση της επικοινωνίας μεταξύ υποκυτταρικών οργανιδίων. Η παρούσα διδακτορική διατριβή διερευνά τον ρόλο της μιτοφαγίας στη διατήρηση της λειτουργικής αλληλεπίδρασης μεταξύ μιτοχονδρίων, ΕΔ και λυσοσωμάτων κατά τη γήρανση, με κύριο πειραματικό μοντέλο τον νηματώδη Caenorhabditis elegans και με συμπληρωματικές αναλύσεις σε φυσιολογικά ανθρώπινα κύτταρα. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η ανεπάρκεια της μιτοφαγίας αναπαράγει βασικά χαρακτηριστικά της κυτταρικής γήρανσης, προκαλώντας διαταραχές στη μορφολογία των μιτοχονδρίων, του ΕΔ και των λυσοσωμάτων, καθώς και μείωση των επαφών μεταξύ ΕΔ και μιτοχονδρίων. Αντίθετα, η ουρολιθίνη Α (UA), ένας φυσικός επαγωγέας της μιτοφαγίας, αποκατέστησε τη μορφολογία των οργανιδίων, ενίσχυσε τις επαφές μεταξύ τους και προήγαγε τη μιτοφαγία κατά τη γήρανση. Παράλληλα, η UA αύξησε τα ενδοκυττάρια επίπεδα ασβεστίου και ενεργοποίησε έναν ασβεστιοεξαρτώμενο μηχανισμό που περιλαμβάνει τους ITR-1, MCU-1, DRP-1, SKN-1 και UNC-43, συντονίζοντας τη μιτοφαγία με τη μιτοχονδριακή βιογένεση και συμβάλλοντας στη διατήρηση της μιτοχονδριακής ομοιόστασης, της μυϊκής λειτουργίας και της μακροβιότητας. Επιπλέον, μεταγραφωμικές και πρωτεωμικές αναλύσεις έδειξαν ότι η UA επαναπρογραμματίζει μοριακά δίκτυα που σχετίζονται με την ομοιόσταση του ασβεστίου και τη λειτουργία των οργανιδίων. Σε φυσιολογικά ανθρώπινα κύτταρα, η UA ενίσχυσε τη μιτοφαγία, βελτίωσε τη μιτοχονδριακή και λυσοσωμική λειτουργία και περιόρισε την πρόωρη κυτταρική γήρανση που επάγεται από στρες, επίσης με τρόπο εξαρτώμενο από το ασβέστιο. Συνολικά, η μελέτη αυτή αναδεικνύει τη μιτοφαγία όχι μόνο ως μηχανισμό ποιοτικού ελέγχου των μιτοχονδρίων, αλλά και ως κρίσιμο ρυθμιστή της δια-οργανιδιακής επικοινωνίας κατά τη γήρανση. Τα ευρήματα υποστηρίζουν ότι η UA δρα ως γεροπροστατευτικός παράγοντας και προβάλλει ως υποσχόμενη στρατηγική για την προαγωγή της υγιούς γήρανσης.