Lo squilibrio delle pirimidine cellulari attiva l'immunità innata dipendente dal DNA mitocondriale

Mitochondria are cellular organelles that, in addition to being responsible for energy production, play a crucial role at various levels in the regulation of cellular metabolism, including the innate immune response. Under conditions of cellular stress, components normally confined within the mitochondrial matrix, such as mitochondrial DNA (mtDNA), can leak into the cytosol, acting as damage-associated molecular patterns (DAMPs). Cytosolic mtDNA is recognized by the cGAS sensor, activating the cGAS-STING-TBK1 signaling pathway and the transcription factor IRF3 which, by translocating into the nucleus, promotes the expression of type I interferon and interferon-stimulated genes (ISGs).This thesis investigates the contribution of pyrimidine nucleotide imbalance as a metabolic trigger of the immune response. In particular, it explores the role of the mitochondrial protease YME1L, an inner mitochondrial membrane protease that, under physiological conditions, preserves nucleotide homeostasis by regulating de novo pyrimidine synthesis and degrading the mitochondrial transporter SLC25A33. The depletion of YME1L generates a metabolic imbalance that leads to the release of mtDNA fragments into the cytosol through apoptosis-independent mechanisms, resulting in the activation of the cGAS-STING-TBK1 pathway.The results of the study identify a new communication axis between innate immunity and nucleotide metabolism, attributing a key role to the mitochondrial protease YME1L in the proper maintenance of the cytosolic pyrimidine nucleotide pool and in the prevention of inflammatory response activation

I mitocondri sono degli organelli cellulari che, oltre ad essere responsabili della produzione energetica, hanno un ruolo cruciale a diversi livelli nella regolazione del metabolismo cellulare, inclusa la risposta immunitaria innata. In condizioni di stress cellulare, componenti normalmente confinati nella matrice mitocondriale, come il DNA mitocondriale (mtDNA), possono fuoriuscire nel citosol, agendo come damage-associated molecular patterns (DAMPs). Il mtDNA citosolico viene riconosciuto dal sensore cGAS, attivando la via di segnalazione cGAS-STING-TBK1 e il fattore di trascrizione IRF3 che, traslocando nel nucleo, promuove l'espressione di interferone di tipo I e dei geni stimolati dall’interferone (ISG). Questa tesi indaga il contributo dello squilibrio dei nucleotidi pirimidinici come trigger metabolico della risposta immunitaria. In particolare, viene approfondito il ruolo della proteasi mitocondriale YME1L, una proteasi della membrana mitocondriale interna che, in condizioni fisiologiche, preserva l'omeostasi dei nucleotidi attraverso la regolazione della sintesi de novo delle pirimidine e degradando il trasportatore mitocondriale SLC25A33. La deplezione di YME1L genera uno squilibrio metabolico che porta al rilascio di frammenti di mtDNA nel citosol attraverso meccanismi indipendenti dall’apoptosi e conduce all’attivazione del pathway cGAS-STING-TBK1. I risultati dello studio identificano un nuovo asse comunicativo tra immunità innata e metabolismo nucleotidico, attribuendo alla proteasi mitocondriale YME1L un ruolo chiave nel corretto mantenimento del pool citosolico di nucleotidi pirimidinici e nella prevenzione dell’attivazione della risposta infiammatoria.