REVIEW

Succinate dehydrogenase in Parkinson’s disease

  • Mohammad Jodeiri Farshbaf
Expand
  • Department of Biology, New Mexico State University, Las Cruces, NM 88003, USA

Received date: 04 Jan 2017

Accepted date: 09 Mar 2017

Published date: 19 Jun 2017

Copyright

2017 Higher Education Press and Springer-Verlag Berlin Heidelberg

Abstract

BACKGROUND: The prevalence of neurodegenerative disorders such as Parkinson’s disease (PD) is increased by age. Alleviation of their symptoms and protection of normal neurons against degeneration are the main aspects of the researches to establish novel therapeutic strategies. Many studies have shown that mitochondria as the most important organelles in the brain which show impairment in PD models. Succinate dehydrogenase (SDH) as a component of the oxidative phosphorylation system in mitochondria connects Krebs cycle to the electron transport chain. Dysfunction or inhibition of the SDH can trigger mitochondrial impairment and disruption in ATP generation. Excessive in lipid synthesis and induction of the excitotoxicity as inducers in PD are controlled by SDH activity directly and indirectly. On the other hand, mutation in subunits of the SDH correlates with the onset of neurodegenerative disorders. Therefore, SDH could behave as one of the main regulators in neuroprotection.

OBJECTIVE: In this review we will consider contribution of the SDH and its related mechanisms in PD.

METHODS: Pubmed search engine was used to find published studies from 1977 to 2016. “Succinate dehydrogenase”, “lipid and brain”, “mitochondria and Parkinson’s disease” were the main keywords for searching in the engine.

RESULTS: Wide ranges of studies (59 articles) in neurodegenerative disorders especially Parkinson’s disease like genetics of the Parkinson’s disease, effects of the mutant SDH on cell activity and physiology and lipid alteration in neurodegenerative disorders have been used in this review.

CONCLUSION: Mitochondria as key organelles in the energy generation plays crucial roles in PD. ETC complex in this organelle consists four complexes which alteration in their activities cause ROS generation and ATP depletion. Most of complexes are encoded by mtDNA while complex II is the only part of the ETC which is encoded by nuclear genome. So, focusing on the SDH and related pathways which have important role in neuronal survival and SDH has a potential to further studies as a novel neuroprotective agent.

Cite this article

Mohammad Jodeiri Farshbaf . Succinate dehydrogenase in Parkinson’s disease[J]. Frontiers in Biology, 2017 , 12(3) : 175 -182 . DOI: 10.1007/s11515-017-1450-6

Compliance with ethics guidelines

Mohammad Jodeiri Farshbaf declares that he has no conflict of interest. This manuscript is a review article and does not involve a research protocol requiring approval by the relevant institutional review board or ethics committee.
1
Ali S F, David S N, Newport G D, Cadet J L, Slikker W Jr(1994). MPTP-induced oxidative stress and neurotoxicity are age-dependent: evidence from measures of reactive oxygen species and striatal dopamine levels. Synapse, 18(1): 27–34 

DOI PMID

2
Beal M F, Brouillet E, Jenkins B, Henshaw R, Rosen B, Hyman B T (1993). Age-dependent striatal excitotoxic lesions produced by the endogenous mitochondrial inhibitor malonate. J Neurochem, 61(3): 1147–1150 

DOI PMID

3
Berliocchi L, Bano D, Nicotera P (2005). Ca2+ signals and death programmes in neurons.  Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci, 360(1464): 2255–2258 

DOI PMID

4
Bonifati V (2007). Genetics of parkinsonism. Parkinsonism Relat Disord, 13(Suppl 3): S233–S241 

DOI PMID

5
Cecchini G (2003). Function and structure of complex II of the respiratory chain. Annu Rev Biochem, 72(1): 77–109 

DOI PMID

6
Chen H, Zhang S M, Hernán M A, Willett W C, Ascherio A (2003). Dietary intakes of fat and risk of Parkinson’s disease. Am J Epidemiol, 157(11): 1007–1014 

DOI PMID

7
Cole N B, Murphy D D, Grider T, Rueter S, Brasaemle D, Nussbaum R L (2002). Lipid droplet binding and oligomerization properties of the Parkinson’s disease protein alpha-synuclein.  J Biol Chem, 277(8): 6344–6352

DOI PMID

8
Davis R E, Williams M (2012). Mitochondrial function and dysfunction: an update. J Pharmacol Exp Ther, 342(3): 598–607 

DOI PMID

9
de Lau L M, Breteler M M(2006). Epidemiology of Parkinson’s disease. Lancet Neurol, 5(6): 525–535 

DOI PMID

11
de Rijk M C, Breteler M M, Graveland G A, Ott A, Grobbee D E, van der Meché F G, Hofman A (1995). Prevalence of Parkinson’s disease in the elderly: the Rotterdam Study.  Neurology, 45(12): 2143–2146 

DOI PMID

12
Eberlé D, Hegarty B, Bossard P, Ferré  P, Foufelle F (2004). SREBP transcription factors: master regulators of lipid homeostasis. Biochimie, 86(11): 839–848 

DOI PMID

13
Etschmaier  K, Becker T, Eichmann T O, Schweinzer C, Scholler M, Tam-Amersdorfer C, Poeckl M, Schuligoi R, Kober A, Chirackal Manavalan A P, Rechberger G N, Streith I E, Zechner R, Zimmermann R, Panzenboeck U (2011). Adipose triglyceride lipase affects triacylglycerol metabolism at brain barriers. J Neurochem, 119(5): 1016–1028 

DOI PMID

14
Exner N, Lutz A K, Haass C, Winklhofer K F (2012). Mitochondrial dysfunction in Parkinson’s disease: molecular mechanisms and pathophysiological consequences. EMBO J, 31(14): 3038–3062 

DOI PMID

15
Fahy E, Subramaniam S, Brown H A, Glass C K, Merrill A H Jr, Murphy R C, Raetz C R, Russell D W, Seyama Y, Shaw W, Shimizu T, Spener F, van Meer G, VanNieuwenhze M S, White S H, Witztum J L, Dennis E A (2005). A comprehensive classification system for lipids. J Lipid Res, 46(5): 839–861 

DOI PMID

16
Fernández A, Llacuna L, Fernández-Checa J C, Colell A (2009). Mitochondrial cholesterol loading exacerbates amyloid beta peptide-induced inflammation and neurotoxicity.  J Neurosci, 29(20): 6394–6405 

DOI PMID

17
Fernandez-Gomez F J, Galindo M F, Gómez-Lázaro  M, Yuste V J, Comella J X, Aguirre N, Jordán J (2005). Malonate induces cell death via mitochondrial potential collapse and delayed swelling through an ROS-dependent pathway. Br J Pharmacol, 144(4): 528–537 

DOI PMID

18
Fujimoto T, Parton R G (2011). Not just fat: the structure and function of the lipid droplet. Cold Spring Harb Perspect Biol, 3(3): 3 

DOI PMID

19
Gitler A D, Bevis B J, Shorter J, Strathearn K E, Hamamichi S, Su L J, Caldwell K A, Caldwell G A, Rochet J C, McCaffery J M, Barlowe C, Lindquist S(2008). The Parkinson’s disease protein alpha-synuclein disrupts cellular Rab homeostasis. Proc Natl Acad Sci USA, 105(1): 145–150 

DOI PMID

20
Guo L, Shestov A A, Worth A J, Nath K, Nelson D S, Leeper D B, Glickson J  D, Blair  I  A (2016).  Inhibition of  mitochondrial complex II by the anticancer agent lonidamine. J Biol Chem, 291(1): 42–57 

DOI PMID

21
Gutman M, Kearney E B, Singer T P (1971). Control of succinate dehydrogenase in mitochondria. Biochemistry, 10(25): 4763–4770 

DOI PMID

22
Hallett P J, Standaert D G (2004). Rationale for and use of NMDA receptor antagonists in Parkinson’s disease. Pharmacol Ther, 102(2): 155–174 

DOI PMID

23
Hanagasi H A, Ayribas D, Baysal K, Emre M (2005). Mitochondrial complex I, II/III, and IV activities in familial and sporadic Parkinson’s disease. Int J Neurosci, 115(4): 479–493 

DOI PMID

24
Hattori N, Tanaka M, Ozawa T, Mizuno Y (1991). Immunohistochemical studies on complexes I, II, III, and IV of mitochondria in Parkinson’s disease. Ann Neurol, 30(4): 563–571 

DOI PMID

25
Horton J D, Goldstein J L, Brown M S (2002). SREBPs: activators of the complete program of cholesterol and fatty acid synthesis in the liver. J Clin Invest, 109(9): 1125–1131

DOI PMID

25
IshiiT, MiyazawaM, OnoderaA, YasudaK, KawabeN, KirinashizawaM, YoshimuraS, MaruyamaN, HartmanP S, IshiiN (2011). Mitochondrial reactive oxygen species generation by the SDHC V69E mutation causes low birth weight and neonatal growth retardation. Mitochondrion. 11(1): 155–165

26
Ivatt R M, Whitworth A J (2014). SREBF1 links lipogenesis to mitophagy and sporadic Parkinson disease. Autophagy, 10(8): 1476–1477

DOI PMID

27
Jenner P (2003). Oxidative stress in Parkinson’s disease. Ann Neurol, 53 (Suppl 3): S26–36; discussion S36–28

28
Jodeiri Farshbaf M, Ghaedi K, Megraw T L, Curtiss J, Shirani Faradonbeh  M, Vaziri P, Nasr-Esfahani M H (2016). Does PGC1/FNDC5/BDNF elicit the beneficial effects of exercise on neurodegenerative Disorders? Neuromolecular Med, 18(1): 1–15 

DOI PMID

30
Jung K H, Chu K, Lee S T, Park H K, Kim J H, Kang K M, Kim M, Lee S K, Roh J K (2009). Augmentation of nitrite therapy in cerebral ischemia by NMDA receptor inhibition.  Biochem Biophys Res Commun, 378(3): 507–512

DOI PMID

31
Khatchadourian  A, Bourque S D, Richard V R, Titorenko V I, Maysinger D (2012). Dynamics and regulation of lipid droplet formation in lipopolysaccharide (LPS)-stimulated microglia. Biochim Biophys Acta, 1821(4): 607–617

DOI PMID

32
Kühlbrandt W (2015). Structure and function of mitochondrial membrane protein complexes. BMC Biol, 13(1): 89

DOI PMID

33
Langston J W, Ballard P, Tetrud J W, Irwin I(1983). Chronic Parkinsonism in humans due to a product of meperidine-analog synthesis. Science, 219(4587): 979–980 

DOI PMID

34
Legros F, Malka F, Frachon P, Lombès A, Rojo M (2004). Organization and dynamics of human mitochondrial DNA. J Cell Sci, 117(Pt 13): 2653–2662 

DOI PMID

35
Linderholm H, Essén-Gustavsson B, Thornell L E (1990). Low succinate dehydrogenase (SDH) activity in a patient with a hereditary myopathy with paroxysmal myoglobinuria. J Intern Med, 228(1): 43–52 

DOI PMID

36
Liot G, Bossy B, Lubitz S, Kushnareva Y, Sejbuk N, Bossy-Wetzel E (2009). Complex II inhibition by 3-NP causes mitochondrial fragmentation and neuronal cell death via an NMDA- and ROS-dependent pathway. Cell Death Differ, 16(6): 899–909

DOI PMID

37
Lipton J O, Sahin M (2014). The neurology of mTOR. Neuron, 84(2): 275–291 

DOI PMID

38
Liu L, Zhang K, Sandoval H, Yamamoto S, Jaiswal M, Sanz E, Li Z, Hui J, Graham B H, Quintana A, Bellen H J (2015). Glial lipid droplets and ROS induced by mitochondrial defects promote neurodegeneration. Cell, 160(1-2): 177–190 

DOI PMID

38
LodgeD (2009). The history of the pharmacology and cloning of ionotropic glutamate receptors and the development of idiosyncratic nomenclature. Neuropharmacology, 56(1): 6–21

39
Martin L J (2010). Mitochondrial and Cell Death Mechanisms in Neurodegenerative Diseases.  Pharmaceuticals (Basel), 3(4): 839–915

DOI PMID

40
Meijer A J (2003). Amino acids as regulators and components of nonproteinogenic pathways.  J Nutr, 133(6 Suppl 1): 2057S–2062S

PMID

41
Okamoto K, Kimura A, Donishi T, Imbe H, Goda K, Kawanishi K, Tamai Y, Senba E (2006). Persistent monoarthritis of the temporomandibular joint region enhances nocifensive behavior and lumbar spinal Fos expression after noxious stimulation to the hindpaw in rats. Exp Brain Res, 170(3): 358–367

DOI PMID

42
Owen O E, Kalhan S C, Hanson R W (2002). The key role of anaplerosis and cataplerosis for citric acid cycle function. J Biol Chem, 277(34): 30409–30412

DOI PMID

43
Perier C, Vila M (2012). Mitochondrial biology and Parkinson’s disease. Cold Spring Harb Perspect Med, 2(2): a009332

DOI PMID

44
Porstmann T, Santos C R, Griffiths B, Cully M, Wu M, Leevers S, Griffiths J R, Chung Y L, Schulze A (2008). SREBP activity is regulated by mTORC1 and contributes to Akt-dependent cell growth. Cell Metab, 8(3): 224–236 

DOI PMID

45
Przedborski S (2005). Pathogenesis of nigral cell death in Parkinson’s disease. Parkinsonism Relat Disord, 11(Suppl 1): S3–S7 

DOI PMID

46
Ralph S J, Moreno-Sánchez R, Neuzil J, Rodríguez-Enríquez S (2011). Inhibitors of succinate: quinone reductase/Complex II regulate production of mitochondrial reactive oxygen species and protect normal cells from ischemic damage but induce specific cancer cell death.  Pharm Res, 28(11): 2695–2730

DOI PMID

47
Recchia A, Debetto P, Negro A, Guidolin D, Skaper S D, Giusti P (2004). Alpha-synuclein and Parkinson’s disease. FASEB J, 18(6): 617–626 

DOI PMID

48
Risson V, Mazelin L, Roceri M, Sanchez H, Moncollin V, Corneloup C, Richard-Bulteau H, Vignaud A, Baas D, Defour A, Freyssenet D, Tanti J F, Le-Marchand-Brustel Y, Ferrier B, Conjard-Duplany A, Romanino K, Bauché S, Hantaï D, Mueller M, Kozma S C, Thomas G, Rüegg M A, Ferry A, Pende M, Bigard X, Koulmann N, Schaeffer L, Gangloff Y G (2009). Muscle inactivation of mTOR causes metabolic and dystrophin defects leading to severe myopathy. J Cell Biol, 187(6): 859–874 

DOI PMID

49
Rothstein J D (1996). Excitotoxicity hypothesis. Neurology, 47: S19–25; discussion S26

50
Rottenberg  H, Gutman M (1977). Control of the rate of reverse electron transport in submitochondrial particles by the free energy. Biochemistry, 16(14): 3220–3227 

DOI PMID

51
Schapira A H, Cooper J M, Dexter D, Clark J B, Jenner P, Marsden C D (1990). Mitochondrial complex I deficiency in Parkinson’s disease. J Neurochem, 54(3): 823–827 

DOI PMID

52
Schmitt M, Dehay B, Bezard E, Garcia-Ladona F J (2016). Harnessing the trophic and modulatory potential of statins in a dopaminergic cell line. Synapse, 70(3): 71–86 

DOI PMID

53
Schulz J B (2005). Neuronal pathology in Parkinson’s disease. Cell Tissue Res, 320(1): 211 

DOI PMID

54
SchulzJ B, FalkenburgerB H (2004). Neuronal pathology in Parkinson’s disease. Cell Tissue Res, 318(1): 135–147

54
Schwall C T, Greenwood V L, Alder N N (2012). The stability and activity of respiratory Complex II is cardiolipin-dependent. Biochim Biophys Acta, 1817(9): 1588–1596

DOI PMID

55
Selman C, Tullet J M, Wieser D, Irvine E, Lingard S J, Choudhury A I, Claret M, Al-Qassab  H, Carmignac D, Ramadani F, Woods A, Robinson I C, Schuster E, Batterham R L, Kozma S C, Thomas G, Carling D, Okkenhaug K, Thornton J M, Partridge L, Gems D, Withers D J (2009). Ribosomal protein S6 kinase 1 signaling regulates mammalian life span. Science, 326(5949): 140–144

DOI PMID

56
Sun F, Huo X, Zhai Y, Wang A, Xu J, Su D, Bartlam M, Rao Z (2005). Crystal structure of mitochondrial respiratory membrane protein complex II. Cell, 121(7): 1043–1057

DOI PMID

57
Van Vranken J G, Bricker D K, Dephoure N, Gygi S P, Cox J E, Thummel C S, Rutter J (2014). SDHAF4 promotes mitochondrial succinate dehydrogenase activity and prevents neurodegeneration. Cell Metab, 20(2): 241–252

DOI PMID

58
Villa-Cuesta E, Holmbeck M A, Rand D M (2014). Rapamycin increases mitochondrial efficiency by mtDNA-dependent reprogramming of mitochondrial metabolism in Drosophila. J Cell Sci, 127(Pt 10): 2282–2290 

DOI PMID

59
Wübbeler J H, Hiessl S, Meinert C, Poehlein A, Schuldes J, Daniel R, Steinbüchel A (2015). The genome of Variovorax paradoxus strain TBEA6 provides new understandings for the catabolism of 3,3′-thiodipropionic acid and hence the production of polythioesters. J Biotechnol, 209: 85–95

DOI PMID

60
Yasuda T, Nakata Y, Mochizuki H (2013).α-Synuclein and neuronal cell death. Mol Neurobiol, 47(2): 466–483

DOI PMID

61
Younce C, Kolattukudy P (2012). MCP-1 induced protein promotes adipogenesis via oxidative stress, endoplasmic reticulum stress and autophagy. Cell Physiol Biochem, 30(2): 307–320

DOI PMID

62
Zhou Q, Sheng M (2013). NMDA receptors in nervous system diseases.  Neuropharmacology, 74: 69–75

DOI

Outlines

/