Few years ago, a homozygous loss-of-function mutation in the TMEM65 gene was identified in a patient with a complex early-onset encephalomyopathic syndrome. For the only case report, clinical manifestations include severe brain atrophy, refractory seizures, lower extremity spasticity, dystonic posturing of the arms, and intermittently high lactates. Overall, the clinical phenotype resembles a mitochondrial encephalomyopathy, although in the absence of cardiac abnormalities (Nazli et al., 2017). Unfortunately, how this genetic defect leads to the pathology is currently a mystery. Indeed, few and contradictory information is available on the gene product, a 25kDa protein with controversial subcellular localization and unexplained molecular function (Nishimura et al., 2014; Sharma et al., 2015). To solve this puzzle, we designed a complementary cross-species approach to explore molecular processes underlying neuromuscular disease linked to TMEM65 deficiency. We have now obtained compelling data indicating that TMEM65 controls ion homeostasis across the inner mitochondrial membrane. In parallel, we generated a new disease model based on Drosophila melanogaster that recapitulates some of the pathological hallmarks observed in patient carrying the homozygous deletion of the TMEM65 gene. Thanks to these breakthrough results, we can now frame a novel and reasonable hypothesis on disease pathogenesis, where overload of cations in mitochondria triggers organelle dysfunction and eventually cell death in high energy demanding tissues, thus accounting for the clinical phenotype. Importantly, this also paves the way to the design of novel strategies to correct, bypass or circumvent the genetic defect, thus preventing degenerative processes triggered by TMEM65 deficiency. Overall, our project not only assigned a clear molecular function to an orphan protein but may also represent the cornerstone for future interventions with potential impact for the affected patients.
Pochi anni fa, è stato riportato il caso di un paziente affetto da anomalie dei muscoli e del cervello causate da una mutazione genetica che porta alla perdita della proteina TMEM65. Sfortunatamente, si sa davvero poco della funzione di questa proteina. Alcuni lavori sostengono che sia localizzata nei mitocondri, le centrali energetiche di tutte le nostre cellule. Altri che sia un componente delle giunzioni che tengono insieme le cellule cardiache. Altri ancora hanno suggerito che funzioni come fattore di trascrizione o come chinasi/fosfatasi. Questi dati contrastanti indicano quindi che TMEM65 sia da considerarsi una proteina "orfana", cioè priva di un ruolo biologico ben definito.
CI siamo quindi impegnati per ideare un progetto in grado di chiarire queste controversie e capire quale sia il vero ruolo di TMEM65 nelle nostre cellule, in modo quindi da comprendere i meccanismi alla base della malattia causata dalla mancanza di TMEM65. Abbiamo già ottenuto alcuni risultati molto interessanti. Siamo riusciti infatti a dimostrare che TMEM65 funziona come un trasportatore di ioni dentro e fuori i mitocondri, regolando così la produzione di energia. Abbiamo anche generato un animale modello basato sul moscerino della frutta, che sarà utile per simulare la malattia umana. Tuttavia, l'aspetto più importante è che la comprensione della funzione di TMEM65 ci permette ora di capire non solo i meccanismi che stanno alla base della malattia, ma anche di pensare a potenziali strategie per correggere o aggirare il problema che colpisce i pazienti.
Nazli, A., Safdar, A., Saleem, A., Akhtar, M., Brady, L. I., Schwartzentruber, J., & Tarnopolsky, M. A. (2017). A mutation in the TMEM65 gene results in mitochondrial myopathy with severe neurological manifestations. European Journal of Human Genetics 2017 25:6, 25(6), 744-751. https://doi.org/10.1038/ejhg.2017.20
Nishimura, N., Gotoh, T., Oike, Y., & Yano, M. (2014). TMEM65 is a mitochondrial inner-membrane protein. PeerJ, 2014(1), e349. https://doi.org/10.7717/PEERJ.349/FIG-3
Sharma, P., Abbasi, C., Lazic, S., Teng, A. C. T., Wang, D., Dubois, N., Ignatchenko, V., Wong, V., Liu, J., Araki, T., Tiburcy, M., Ackerley, C., Zimmermann, W. H., Hamilton, R., Sun, Y., Liu, P. P., Keller, G., Stagljar, I., Scott, I. C., … Gramolini, A. O. (2015). Evolutionarily conserved intercalated disc protein Tmem65 regulates cardiac conduction and connexin 43 function. Nature Communications, 6. https://doi.org/10.1038/ncomms9391