COQ10 deletion in Saccharomyces cerevisiae elicits a defect in mitochondrial respiration correctable by addition of coenzyme Q2. Rescue of respiration by Q2 is a characteristic of mutants blocked in coenzyme Q6 synthesis. Unlike Q6 deficient mutants, mitochondria of the coq10 null mutant have wild-type concentrations of Q6. The physiological significance of earlier observations that purified Coq10p contains bound Q6 was examined in the present study by testing the in vivo effect of over-expression of Coq10p on respiration. Mitochondria with elevated levels of Coq10p display reduced respiration in the bc1 span of the electron transport chain, which can be restored with exogenous Q2. This suggests that in vivo binding of Q6 by excess Coq10p reduces the pool of this redox carrier available for its normal function in providing electrons to the bc1 complex. This is confirmed by observing that extra Coq8p relieves the inhibitory effect of excess Coq10p. Coq8p is a putative kinase, and a high copy suppressor of the coq10 null mutant. As shown here, when over-produced in coq mutants, Coq8p counteracts turnover of Coq3p and Coq4p subunits of the Q-biosynthetic complex. This can account for the observed rescue by COQ8 of the respiratory defect in strains over-producing Coq10p.

One of the hallmarks of Parkinson disease is α-synuclein aggregate deposition that leads to endoplasmic reticulum stress, Golgi fragmentation and impaired energy metabolism with consequent redox imbalance. In the last decade, many studies have used Saccharomyces cerevisiae as a model in order to explore the intracellular consequences of α-synuclein overexpression. In this study we propose to evaluate the respiratory outcome of yeast cells expressing α-synuclein. Cell viability or growth on selective media for respiratory activity was mainly affected in the α-synuclein-expressing cells if they were also treated with menadione, which stimulates reactive oxygen species production. We also tested whether melatonin, a natural antioxidant, would counteract the deleterious effects of α-synuclein and menadione. In fact, melatonin addition improved the respiratory growth of α-synuclein/menadione-challenged cells, presented a general improvement in the enzymatic activity of the respiratory complexes and finally elevated the rate of mitophagy, an important cellular process necessary for the clearance of damaged mitochondria. Altogether, our data confirms that α-synuclein impairs respiration in yeast, which can be rescued by melatonin addition.

A doença de Parkinson (PD) é uma doença neurodegenerativa que progride com a morte dos neurônios produtores de dopamina, concentrados na substância negra. O aparecimento da doença está, frequentemente, ligado a mutações ou alterações na expressão do gene SNCA, o qual codifica a proteína α-sinucleína, cuja função, apesar de não totalmente compreendida, está relacionada com a liberação de neurotransmissores, como a dopamina. A expressão de SNCA em organismos modelos, como a levedura Saccharomyces cerevisiae, produz fenótipos típicos de células parkinsonianas, como a formação de agregados proteicos (corpos de Lewy), que levam a um aumento na produção de espécies reativas de oxigênio (ROS) na mitocôndria. Dessa forma, uma alternativa para seu tratamento poderia ser a neutralização de ROS por antioxidantes naturais, como, por exemplo, a melatonina, hormônio circadiano produzido pela pineal de vertebrados. A melatonina, produzida a partir do triptofano, tem sua via biossintética parcialmente conservada entre humanos e S. cerevisiae. Entretanto, falta à levedura a última enzima da via (HIOMT), que converte n-acetil-serotonina em melatonina. Propusemos que a expressão dessa via, incluindo o gene humano que codifica a enzima HIOMT, levaria à produção de melatonina em S. cerevisiae, como um possível tratamento das leveduras expressando o gene SNCA. Aqui, mostramos que a produção de α-sinucleína é prejudicial ao crescimento de S. cerevisiae, e causa maior sensibilidade à atividade respiratória, com um fenótipo semelhante a um desafio com o agente oxidante menadiona, sendo um bom modelo para Parkinson. Mostramos, também, que a expressão dos genes da via biossintética da melatonina possui um efeito protetor contra os agentes oxidantes peróxido de hidrogênio e menadiona, conferindo, inclusive, vantagem em meio seletivo para atividade respiratória. Finalmente, apontamos para um efeito benéfico da terapia com melatonina exógena quando células selvagens e parkinsonianas são submetidas a desafios com menadiona. Esse benefício mostrou-se significativamente relevante inclusive para parâmetros de atividade respiratória de mitocôndrias extraídas de leveduras cultivadas na presença do agente antioxidante. Nossos resultados apontam para um papel promissor da melatonina na proteção das células contra danos oxidativos, o que será investigado em relação à proteção contra a presença de α-sinucleína em leveduras. Palavras-chave: Doença de Parkinson. Melatonina. Mitocôndrias. Saccharomyces cerevisiae.