Pakowanie mitochondrialnego DNA (mtDNA) w zespoły DNA-białko zwane nukleoidy zapewnia wydajną jednostkę segregującą mtDNA, koordynując zaangażowanie mtDNA w metabolizm komórkowy. udział w metabolizmie komórkowym. Od wczesnego odkrycia mtDNA jako "pozajądrowy" materiał genetyczny, jego organizacja w nukleoidy i integracja zarówno z mitochondrialną siecią organellarną, jak i komórką jako całością poprzez różnych szlaków transdukcji sygnału, mtDNA jest kluczowym składnikiem homeostatycznej sieci sieci homeostatycznej komórki. Nukleoid mitochondrialny składa się z zestawu wiążących DNA białek rdzeniowych zaangażowanych w utrzymanie i transkrypcję mtDNA oraz szeregu czynników czynników peryferyjnych, które są składnikami szlaków sygnalizacyjnych kontrolujących biogenezę mitochondriów, metabolizm, apoptozę i retrogradację mitochondria do jądra. Molekularne interakcje składników nukleoidu z siecią organellarną i komórkowymi szlakami sygnalizacyjnymi dostarczają ekscytujące wskazówki dotyczące dynamicznej integracji mtDNA z komórkową homeostazą metaboliczną. homeostazę komórkową. --- Mitochondrialne DNA odgrywa kluczową rolę w homeostazie komórkowej; jednak molekularne mechanizmy mechanizmy molekularne leżące u podstaw dziedziczenia i propagacji mitochondrialnego DNA dopiero zaczynają być rozumiane. Aby zapewnić dystrybucję i propagację mitochondrialnego genomu, mitochondrialne DNA jest pakowane w wielkocząsteczkowe zespoły zwane nukleoidami, składające się z jednej lub więcej kopii mitochondrialnego DNA i powiązanych białek. Dokonujemy przeglądu aktualnych badań nad mitochondrialnym mitochondrialnego, w tym białek związanych z nukleoidami, dynamiki nukleoidów w komórce, potencjalnych mechanizmów w komórce, potencjalne mechanizmy zapewniające prawidłową dystrybucję nukleoidów oraz wpływ organizacji nukleoidów na dysfunkcję mitochondriów. Nukleoid jest molekularną jednostką organizacyjną genetyki mitochondrialnej i jest miejscem interakcji, które ostatecznie określają stan bioenergetyczny komórki jako całości. jako całości. Obecne i przyszłe badania dostarczą istotnych informacji na temat interakcje molekularne i komórkowe, które powodują kryzys bioenergetyczny, i dostarczą wskazówki dotyczące terapeutycznego ratowania dysfunkcji mitochondriów. --- Jądrowe DNA jest ciasno upakowane w strukturze nukleosomalnej. W przeciwieństwie do tego, ludzkie mitochondrialne DNA (mtDNA) od dawna uważano za raczej nagie, ponieważ mitochondria nie zawierają histonów. Mitochondrialny czynnik transkrypcyjny A (TFAM), członek rodziny białek o wysokiej ruchliwości (HMG) i pierwszy zidentyfikowany mitochondrialny czynnik transkrypcyjny mitochondrialnego czynnika transkrypcyjnego, jest niezbędny do utrzymania mitochondrialnego DNA. Abf2, drożdżowy odpowiednik ludzkiego TFAM, jest wystarczająco obfity aby pokryć cały region mtDNA i odgrywać rolę podobną do histonów w mitochondriach. mitochondriach. Ludzka TFAM jest rzeczywiście tak obfita jak Abf2, co sugeruje, że TFAM pełni również rolę architektoniczną podobną do histonów w utrzymaniu mtDNA. Kiedy ludzkie mitochondria są solubilizowane niejonowym detergentem Nonidet-P40, a następnie rozdzielane na frakcje rozpuszczalne i cząsteczkowe, większość TFAM jest odzyskiwana z frakcji frakcji cząsteczkowej wraz z mtDNA, co sugeruje, że ludzkie mtDNA tworzy strukturę nukleoidu. TFAM jest ściśle związany z mtDNA jako główny składnik nukleoidu. --- Mitochondrialne DNA (mtDNA) jest zorganizowane w nukleoidy w kompleksie z białkami pomocniczymi, białkami replikacji i ekspresji genów. białkami, białkami replikacji mtDNA i mechanizmami ekspresji genów. Solidny mtDNA jest reprezentowany przez setki do tysięcy nukleoidów w mitochondrium komórki. mitochondrium. Brakuje szczegółowych informacji na temat dynamiki rozmieszczenia nukleoidów w mitochondrium. w obrębie sieci mitochondrialnej w warunkach fizjologicznych i patologicznych. patologicznych. Dlatego wykorzystaliśmy mikroskopię konfokalną do badania redystrybucję nukleoidów mitochondrialnych po rozszczepieniu mitochondriów i po reintegracji sieci mitochondrialnej. Rozszczepienie było indukowane przez stres oksydacyjny stres przy hamowaniu oddychania przez rotenon lub po wyeliminowaniu siły protonomotorycznej przez odłączenie lub po anulowaniu jej składnika elektrycznego, ΔΨ(m), przez walinomycynę; oraz przez wyciszenie mitofuscyny MFN2. Wycofanie agenta spowodowało jednoczesną reintegrację sieci mitochondrialnej. Znaleźliśmy dwa główne główne stany morfologiczne: (i) rurowy stan sieci mitochondrialnej z równymi odstępami między nukleoidami, 1,10±0,2 nukleoidów na μm, oraz (ii) stan fragmentaryczny stan pojedynczych obiektów sferoidalnych, w których kilka nukleoidów było skupionych. kilka nukleoidów. Rzadko obserwowaliśmy pojedyncze fragmenty mitochondriów z jednym nukleoidem w środku i bardzo rzadko obserwowaliśmy puste fragmenty. Reintegracja fragmentów do sieci mitochondrialnej przywróciła stan rurkowy z równomiernie rozmieszczonymi nukleoidami. Dwa główne stany morfologiczne współistniały na etapach pośrednich. etapach pośrednich. Obserwacje te sugerują, że zarówno rozszczepienie sieci mitochondrialnej rozszczepienie i ponowne połączenie zdezintegrowanej sieci są nukleoidocentryczne, tj. rozszczepienie i tworzenie nowych kanalików mitochondrialnych są inicjowane wokół nukleoidów. nukleoidów. Analizy kombinacji tych ikon morfologicznych zapewniają zatem podstawę dla przyszłej diagnostyki morfologii mitochondriów. --- Pojawiające się badania pokazują, że pakowanie mitochondrialnego DNA (mtDNA) w zespoły białko-DNA zwane nukleoidami nadaje genomowi mitochondrialnemu organizację wyższego rzędu. mitochondrialnego genomu. Badania składu, struktury i dynamiki nukleoidów ujawniają, że nukleoid mitochondrialny jest ściśle regulowany pod względem genetycznym autonomii, organizacji makromolekularnej i dystrybucji w całej komórce. Nasze badania pokazują, że nukleoidy mitochondrialne są samodzielnymi jednostkami genetycznymi. genetyczne, które nie wymieniają między sobą często mtDNA. Sugeruje to że skład genetyczny nukleoidów komórki będzie kluczowym wyznacznikiem dynamiki mtDNA w komórce i zapewnia mechanistyczną podstawę dla metod terapeutycznych metod terapeutycznych w celu ratowania dysfunkcji spowodowanych mutacjami w mtDNA.
Czym jest nukleoid mitochondrialny?
Naga cząsteczka mtDNA jest dłuższa niż typowy mitochondrium i dlatego jest zagęszczana in vivo, tworząc kompleks nukleoproteinowy, zwany nukleoidem mitochondrialnym.