Tbassir ta' Imġieba Dinamika Mitokondrijali f'Mard Newrodeġenerattiv Definit Ġenetikament Parti 3

Il-mitokondrija mhumiex anormali fil-mard newrodeġenerattiv ġenetiku kollu, u d-dysdynamism mitokondrijali mhuwiex neċessarjament komponent tal-kundizzjonijiet newrodeġenerattivi kollha li juru anormalitajiet mitokondrijali.

Il-mitokondrija huma organu fiċ-ċelloli li huma prinċipalment responsabbli għall-produzzjoni tal-enerġija u l-metaboliżmu taċ-ċelloli fiċ-ċelloli. F'dawn l-aħħar snin, studji sabu li anormalitajiet mitokondrijali jistgħu jkunu relatati ma 'telf ta' memorja. Madankollu, m'għandniex ninkwetaw wisq dwar l-effetti negattivi ta 'anormalitajiet mitokondrijali, minħabba li x-xjenza u t-teknoloġija moderna qed isiru aktar u aktar avvanzati, u nistgħu nipprevjenu l-okkorrenza ta' anormalitajiet mitokondrijali permezz ta 'diversi metodi u prodotti tas-saħħa fiċ-ċiklu tal-ħajja.

Studju sab li anormalitajiet mitokondrijali jistgħu jkunu relatati ma 'telf ta' memorja fl-anzjani. Dan għaliex il-ħsara mitokondrijali tista 'tikkawża ħsara newronali u mewt taċ-ċelluli, u b'hekk taffettwa l-funzjoni normali tan-newroni tal-moħħ u twassal għal indeboliment tal-memorja u konjittiv. Madankollu, dan ma jfissirx li l-anormalitajiet mitokondrijali huma l-kawża ewlenija tat-telf tal-memorja, minħabba li t-telf tal-memorja jista 'jkun ikkawżat ukoll minn fatturi oħra, bħal malnutrizzjoni, ħsara fil-moħħ, tixjiħ, eċċ.

Biex nipprevjenu anormalitajiet mitokondrijali, nistgħu ntejbu s-saħħa tagħna billi nbiddlu l-istil tal-ħajja u d-dieta tagħna. Pereżempju, eżerċizzju ta 'kuljum u eżerċizzju xieraq jistgħu jippromwovu l-ġenerazzjoni tal-mitokondrija, itejbu l-livell metaboliku tal-ġisem, iżommu s-saħħa fiżika u jtejbu l-memorja. Barra minn hekk, id-dieta hija wkoll fattur importanti. Għandna jkollna dieta regolari, nieklu ikel aktar nutrittiv bħal frott, ħaxix, u qmuħ, u nagħtu attenzjoni biex nevitaw ikel b'ħafna zokkor u xaħam.

Barra minn hekk, mediċini mmirati jistgħu jintużaw biex jipproteġu l-mitokondrija bil-moderazzjoni. Diġà hemm xi mediċini li jimmiraw il-mitokondrija fis-suq, bħal dijuretiċi, mediċini ipogliċemiċi, supplimenti nutrizzjonali, eċċ.

Fil-qosor, anormalitajiet mitokondrijali huma assoċjati ma 'telf ta' memorja, iżda m'għandniex ninkwetaw wisq għaliex nistgħu nipproteġu l-mitokondrija, intejbu s-saħħa fiżika, u ntejbu l-memorja billi nbiddlu l-istil ta 'ħajja tagħna, u d-dieta, u nużaw supplimenti tas-saħħa. Ejjew nipprevjenu u ntejbu b'mod attiv l-anormalitajiet mitokondrijali biex inżommu ġisem b'saħħtu u moħħ qawwi. Wieħed jista 'jara li għandna bżonn intejbu l-memorja, u Cistanche jista' jtejjeb b'mod sinifikanti l-memorja minħabba li jista 'wkoll jirregola l-bilanċ ta' newrotrasmettituri, bħal żieda fil-livelli ta 'acetylcholine u fatturi ta' tkabbir, li huma importanti ħafna għall-memorja u t-tagħlim. Barra minn hekk, Cistanche jista 'wkoll itejjeb il-fluss tad-demm u jippromwovi l-kunsinna tal-ossiġnu, li jista' jiżgura li l-moħħ jikseb biżżejjed nutrizzjoni u enerġija, u b'hekk itejjeb il-vitalità u r-reżistenza tal-moħħ.

Ikklikkja taf supplimenti biex ittejjeb il-memorja

Pereżempju, anormalitajiet metaboliċi huma deskritti fid-dimenzja ta 'Alzheimer [73], marda ta' etjoloġija inċerta u kumplessa marbuta mal-formazzjoni ta 'depożiti extraċellulari ta' -amyloid peptide u tangles newrofibrillari ta 'proteina tau mikrotubulari [74].

Id-difetti mitokondrijali rrappurtati, li jinkludu l-frammentazzjoni tal-organu, huma varjati u inkonsistenti [73,75].

L-ambitu kbir ta 'anormalitajiet mitokondrijali differenti deskritti fil-marda ta' Alzheimer iħawwad konklużjonijiet dwar jekk jikkontribwixxux b'mod sinifikanti għal, jew humiex fil-biċċa l-kbira konsegwenza ta ', il-marda primarja.

B'kuntrast, il-marda ta' Parkinson li tintiret hija marda tal-mitokondrija, peress li l-aktar forom ġenetiċi komuni ta' Parkinsoniżmu huma marbuta ma' mutazzjonijiet ta' ġeni li jikkodifikaw PINK1 kinase mitokondrijali (PARK6) li tibda l-mitofaġija, kif ukoll il-proteina effettur prinċipali tal-mitofaġija, Parkin (PARK2) [76] .

Għal darb'oħra, il-frammentazzjoni mitokondrijali hija rrappurtata f'xi wħud, iżda mhux kollha, deskrizzjonijiet tal-marda ta' Parkinson [77], x'aktarx minħabba l-eteroġeneità u l-etjoloġija multifatturali.

Fl-aħħarnett, l-atassja/spinocerebellardegeneration ta' Friedreich hija mingħajr ambigwità marda newrodeġenerattiva b'etjoloġija mitokondrijali; id-difett ġenetiku reċessiv awtosomali jinsab fil-ġene FXN li jikkodifika l-proteina mitokondrijali li torbot il-ħadid, frataxin.

It-tagħbija żejda tal-ħadid mitokondrijali fl-ataxia ta' Friedreich tikkomprometti l-formazzjoni tal-ATP mill-katina tat-trasport tal-elettroni u tipprovoka ROSelaboration eċċessiva [78,79]. Mhuwiex ċar jekk disfunzjoni dinamika mitokondrijali tikkontribwixxix għal, jew saħansitra teżisti, f'din il-marda [80].

Fenotipi mitokondrijali varjabbli f'mard newrodeġenerattiv u inċertezza dwar l-impatt patofiżjoloġiku ta 'dinamika mitokondrijali anormali jenfasizzaw il-ħtieġa għal pjattaformi analitiċi direttament rilevanti għal pazjenti individwali umani.

4. Evalwazzjoni tad-Dinamika Mitokondrijali

L-aktar evidenza ovvja miksuba faċilment għal morfoloġija mitokondrijali anormali tad-dysdynamismis mitokondrijali f'immaġini statiċi ta 'ċelluli ħajjin jew fissi, tipikament immaġini b'fluworofor speċifiku mitokondrijali.

L-aktar anormalità strutturali mitokondrijali rrappurtata b'mod komuni hija "frammentazzjoni" jew tqassir strutturali tal-organelli, imkejla b'mod konvenzjonali u konvenjenti bħala proporzjon imnaqqas tal-aspett (tul/wisa') [81,82].

Għalkemm il-proporzjon tal-aspett mitokondrijali "normali" jiddependi kemm fuq it-tip taċ-ċellula kif ukoll l-istat fiżjoloġiku [83], il-kejl huwa kunċettwalment u teknikament sempliċi.

Għalhekk, tnaqqis fil-proporzjon tal-aspett mitokondrijali osservat f'immaġini b'riżoluzzjoni għolja (tul imnaqqas/wisa' jew tqassir) tipikament jirrifletti żieda relattiva fil-fissjoni mitokondrijali għall-fużjoni ("frammentazzjoni"), filwaqt li żieda fil-proporzjon tal-aspett ("titwil") tirrifletti żieda fil- fużjoni relattiva għall-fissjoni. Madankollu, il-proporzjon tal-aspett mibdul ma jiżvelax il-kawża sottostanti tad-dynamism, jiġifieri, jekk l-iżbilanċ dinamiku huwiex il-konsegwenza ta' fissjoni mibdula, jew fużjoni, jew it-tnejn.

Barra minn hekk, il-frammentazzjoni tal-mitokondrija f'ċelloli li għandhom netwerks mitokondrijali interkonnessi, bħall-fibroblasti, tista' tkun komponent normali ta' mitożi u apoptożi [6].

Fl-aħħarnett, mitokondrija qosra, sferika, jew "frammentata" huma n-norma fiċ-ċelloli tal-muskoli strijati u l-axons newronali [7,8,83]. In-natura ta 'diżbilanċ tal-fużjoni/fissjoni mitokondrijali hija żvelata l-aħjar permezz ta' immaġni taċ-ċelluli ħajjin, bl-użu jew ta 'fluworoforu mitokondrijali wieħed ( eż., Mitotracker Aħmar, Aħdar, jew Oranġjo), ċelluli mdewba li jesprimu proteini fluworexxenti differenti mmirati lejn il-mitokondrija (eż., Mito-GFP u Mito-RFP), jew fluworoforu mitokondrijali li jista' jinbidel b'ritratt (eż., MitoDendra).

Meta jintuża fluworofor wieħed, il-mikroskopija konfokali bil-vidjo tista 'tiddokumenta avvenimenti ta' fużjoni u fissjoni mitokondrijali [82].

Meta gruppi differenti ta' ċelluli li jesprimu l-GFP jew l-RFP mmirati lejn il-mitokondrija jiġu mgħaqqda mal-polyethylene glycol, isir possibbli li jiġi kkwantifikat it-taħlit tal-kontenut tal-mitokondrija mill-fużjoni bħala funzjoni taż-żmien [84].

Dan l-istess approċċ huwa eħfef bl-użu ta’ mito-Dendra li tista’ tinbidel b’fotografija [85], li tippermetti li subsett ta’ mitokondrija fi ħdan iċ-ċelloli ta’ interess jinbidel b’ritratt minn fluworexxenza ħadra għal ħamra, u d-destin ta’ mitokondrija individwali (jiġifieri, jekk humiex qed jiffukaw, għaddejjin minn fissjoni). , jew qed jiġu ttrasportati fi ħdan iċ-ċellula) li għandhom jiġu vvalutati maż-żmien.

Madankollu, l-approċċ tal-iswiċċjar tar-ritratti jeħtieġ tagħmir speċjali u huwa limitat mill-fluss tal-kampjun.

Għalkemm huwa possibbli li jiġi dedott minn stampi statiċi serjali ta 'mitokondrija b'tikketta differenzjali li s-sottopopolazzjonijiet qed jiġu ttrasportati fi ħdan iċ-ċelloli, valutazzjoni kwantitattiva dettaljata tal-proporzjon bħala l-veloċità tal-mitokondrija mobbli teħtieġ videomikroskopija time-lapse f'ċelloli ħajjin jew tessut bil-ġenerazzjoni ta' kimografi [{{ 1}}].

Il-laboratorju tagħna sab li dan kien fattibbli meta applikat kemm għal preparazzjonijiet in vitro kif ukoll ex vivo. Barra minn hekk, kif deskritt hawn taħt, dawn it-tekniki huma applikati faċilment jew għal newroni tal-ġurdien manipulati ġenetikament jew ċelloli derivati ​​mill-pazjent [25,57].

5. Fibroblasts primarji derivati ​​mill-pazjent juru Żbilanċi Relatati mal-Mard fil-Fisjoni/Fużjoni Mitokondrijali

Kienet ta 'sfida li titfassal pjattaforma ta' riċerka ottimali biex tevalwa l-fużjoni, il-fissjoni u l-motilità mitokondrijali anormali fir-rigward tar-relazzjoni tagħhom mal-mard newrodeġenerattiv tal-bniedem.

Intuwittivament, jidher li n-newroni jkunu l-aħjar sistema, iżda n-newroni primarji morda mill-bniedem huma diffiċli biex jinkisbu, u n-newroni derivati ​​mill-iPSC ħafna drabi jitilfu l-karatteristiċi seminali tal-marda klinika [87,88].

Ir-relazzjonijiet bejn l-anormalità ġenetika sottostanti u l-fenotip mitokondrijali kienu definiti b'mod l-aktar estensiv bl-użu ta 'approċċi knockout tal-ġeni tal-ġurdien.

L-ablazzjoni tal-germline ta 'jew Mfn1 jew Mfn2 hija embrijonikament letali [89], iżda fibroblasts derivati ​​minn embrijuni tal-ġrieden żvelaw li fużjoni mitokondrijali indebolita kkawżata minn tħassir ta' Mfn1 jew Mfn2 tipproduċi frammentazzjoni mitokondrijali permezz ta 'fissjoni mitokondrijali mingħajr oppożizzjoni; indeboliment funzjonali mkejjel bħala telf ta 'polarizzazzjoni tal-membrana ta' ġewwa huwa konsegwenza oħra ta 'skambju ta' kontenut mitokondrijali difettuż [90].

Meta tirrelata dismorfoloġija mitokondrijali ma' kawżi ġenetiċi sottostanti, wieħed irid iqis id-differenzi bejn l-ablazzjoni tal-ġeni li tħassar l-espressjoni tal-proteina suspettata u hija approċċ sperimentali standard għall-istudju tat-telf ġenetiku tal-funzjoni, kontra mutazzjonijiet ta' telf ta' funzjoni li jseħħu b'mod naturali fejn proteina li ma tiffunzjonax hija espressa u tista' jeżerċitaw effetti soppressivi dominanti.

Għalhekk, l-ablazzjoni eterozigota tal-Mfn2gene hija tollerata tajjeb fil-ġrieden [89], filwaqt li l-maġġoranza tal-pazjenti b'CMT2A għandhom allele MFN2 mutant wieħed li jipprovoka newrodeġenerazzjoni progressiva bikrija [53,55]. Din id-differenza kienet attribwita għas-soppressjoni dominanti tal-funzjonament normali ta 'MFN1 u MFN2 mill-allel mutant wieħed, li jamplifika l-konsegwenzi funzjonali tiegħu [55-57].

Għaldaqstant, l-espressjoni transġenika ta' mutanti CMT2A tal-bniedem fil-ġrieden tirrikapitola xi fenotipi CMT2Aneuronal [57,91]. Madankollu, inibizzjoni dominanti ta 'mitofusins ​​normali mhix l-unika spjegazzjoni possibbli għal differenzi bejn knockout tal-ġeni u effetti mutanti ta' telf ta 'funzjoni espressi: ablation tal-ġeni omozigoti Mfn2 (jew Mfn1) fil-ġrieden ma tinduċix newrodeġenerazzjoni; jipprovoka l-letalità embrijonika bikrija [89].

Għalhekk, il-bdil tad-dożaġġ tal-ġene MFN2 permezz ta '"knockout" sperimentali mhuwiex l-istess bħall-espressjoni ta' mutazzjoni MFN2missense.

Tabilħaqq, dan jista 'jkun prinċipju bijoloġiku ġenerali peress li l-mudelli ta' knockdownin tal-ġeni tad-Drosophila hija manipulazzjoni sempliċi li ma tinduċix l-istess kwantità jew kobor ta 'risponsi kumpensatorji bħall-espressjoni ta' mutanti ġenetiċi [92].

L-osservazzjonijiet ta 'hawn fuq jappoġġjaw l-użu ta' ċelloli derivati ​​mill-pazjent li jġorru mutazzjonijiet awtentiċi li jipproduċu l-mard, aktar milli ċelloli knockout tal-ġeni tal-ġrieden, għall-evalwazzjoni investigattiva ta 'fenotipi mitokondrijali relatati mal-mard.

Madankollu, rikapitulazzjoni ta 'anormalitajiet mitokondrijali prototipi f'fibroblasti derivati ​​mill-pazjent kienet inkonsistenti.

Fl-artikolu ta' akkumpanjament [93], aħna nuru kif il-fenotipi mitokondrijali jistgħu jiġu evokati permezz ta' stress metaboliku f'fibroblasti tal-ġilda tal-pazjent minn xi mard newrodeġenerattiv ġenetiku, iżda mhux kollu.

Barra minn hekk, aħna nippreżentaw dejta li tappoġġja l-użu ta 'pjattaformi taċ-ċelluli derivati ​​mill-pazjent għal eżami individwalizzat ta' terapewtiċi diretti mill-mitokondrija.

6. Sommarju u Konklużjonijiet

Id-dinamiżmu mitokondrijali huwa kullimkien, iżda r-rati relattivi u l-importanza tal-fużjoni, il-fissjoni u l-motilità mitokondrijali jvarjaw skont il-morfoloġija taċ-ċelluli u l-ħtiġijiet metaboliċi.

Għalhekk, newroni b'rekwiżiti metaboliċi għoljin u axons twal għandhom profili dinamiċi uniċi u huma speċjalment suxxettibbli għal disfunzjoni dinamika. Il-fenotipi mitokondrijali huma diffiċli biex jiġu evalwati f'mard newrodeġenerattiv tal-bniedem minħabba li n-newroni umani mhumiex disponibbli faċilment.

Dejta ta 'qabel u ta' akkumpanjament turi li l-fibroblasti tal-ġilda tal-bniedem kultivati ​​jistgħu jiġu indotti biex juru fenotipi tal-fużjoni mitokondrijali relatati mal-mard newrodeġenerattiv billi jisforzaw il-metaboliżmu mitokondrijali permezz tal-manuvra sempliċi li tissostitwixxi l-galattożju għal glukożju fil-mezz tal-kultura.

Barra minn hekk, l-istess fibroblasti jistgħu jiġu pprogrammati mill-ġdid direttament f'newroni li jżommu l-anormalitajiet mitokondrijali li jimmarkaw, inkluża d-dysmotility, li titkejjel l-aħjar axons inneuronal.

Nissuġġerixxu li l-integrazzjoni ta 'dawn il-pjattaformi ma' mudelli tal-ġrieden ġenetiċi, kif muri fil-Figura 4, tista 'tkun mezz effettiv ta' evalwazzjoni tat-terapewtiċi kandidati f'numru kbir ta 'kundizzjonijiet newrodeġenerattivi ġenetiċi li juru anormalitajiet karatteristiċi mitokondrijali, jew ta' pazjenti differenti għal approċċ ta 'mediċina personalizzata.

Kontribuzzjonijiet tal-Awtur: Kunċettwalizzazzjoni, GWDII; kitba-preparazzjoni ta' abbozz oriġinali, GWDII;kitba-reviżjoni u editjar, GWDII u XD; superviżjoni, GWDII; akkwist tal-finanzjament, GWDII.L-awturi kollha qraw u qablu mal-verżjoni ppubblikata tal-manuskritt.

Finanzjament: Din ir-riċerka kienet iffinanzjata minn NIH R35135736, R42NS115184, u għotja ta 'riċerka mill-Assoċjazzjoni tad-Distrofija Muskolari. L-APC kien iffinanzjat minn NIH R35135736.

Dikjarazzjoni tal-Bord ta' Reviżjoni Istituzzjonali: Mhux applikabbli.

Dikjarazzjoni ta' Kunsens Informat: Mhux applikabbli.

Dikjarazzjoni tad-Disponibbiltà tad-Data: Mhux applikabbli.

Kunflitti ta 'Interess: GWD huwa l-Professur mogħni minn Philip- u Sima K. Needleman f'WashingtonUniversity f'St Louis u awardee tal-passat Scholar-Innovator tal-Harrington Discovery Institute.

GWD huwa inventur fuq privattivi maħruġa u pendenti proprjetà ta 'Washington University f'St Louis u Mitochondria Emotion, Inc. li jkopri attivaturi ta' mitofusin ta 'molekula żgħira, u huwa l-fundatur ta' Mitochondria in Motion, Inc., kumpanija ta 'riċerka u żvilupp tal-bijoteknoloġija bbażata f'Saint Louis iffukata fuq it-titjib tat-traffikar mitokondrijali u l-idoneità f'mard newrodeġenerattiv.

Il-finanzjaturi ma kellhom l-ebda rwol fit-tfassil tal-istudju; fil-ġbir, analiżi, jew interpretazzjoni tad-data; fil-kitba tal-manuskritt, jew fid-deċiżjoni li jiġu ppubblikati r-riżultati.

Referenzi

1. Lane, N.; Martin, W. L-energija tal-kumplessità tal-ġenoma. Natura 2010, 467, 929–934. [CrossRef]

2. Griż, MW Evoluzzjoni mitokondrijali. Cold Spring Harb. Perspettiva. Biol. 2012, 4, a011403. [CrossRef]

3. Mishra, P.; Chan, DC Dinamika mitokondrijali u wirt matul id-diviżjoni taċ-ċelluli, l-iżvilupp u l-mard. Nat. Dun Mol.Cell Biol. 2014, 15, 634–646. [CrossRef] [PubMed]

4. Chen, H.; Chan, DC Dinamika mitokondrijali-Fużjoni, fissjoni, moviment, u mitofaġija-Fil-mard newrodeġenerattiv.Hum. Mol. Genet. 2009, 18, R169–R176. [CrossRef] [PubMed]

5. Dorn, GW, II. Kunċetti li qed jevolvu tad-Dinamika mitokondrijali. Annu. Dun Physiol. 2019, 81, 1–17. [CrossRef] [PubMed]

6. Horbay, R.; Bilyy, R. Dinamika mitokondrijali matul iċ-ċikliżmu taċ-ċelluli. Apoptosis 2016, 21, 1327–1335. [CrossRef] [PubMed]

7. Kanzunetta, M.; Dorn, GW, II. Mitokonfużjoni: Funzjonament mhux kanoniku ta 'fatturi ta' dinamiżmu fil-mitokondrija statika tal-qalb. CellMetab. 2015, 21, 195–205. [CrossRef]

8. Dorn, GW, II. Dinamiżmu mitokondrijali u mard tal-qalb: Tibdil fil-forma u tibdil fit-tiswir. EMBO Mol. Med. 2015, 7,865–877. [CrossRef]

9. MacAskill, AF; Kittler, JT Kontroll tat-trasport mitokondrijali u l-lokalizzazzjoni fin-newroni. Xejriet Cell Biol. 2010, 20, 102–112.[CrossRef]

10. Sheng, ZH; Cai, Q. Trasport mitokondrijali fin-newroni: Impatt fuq l-omeostasi sinaptika u n-newrodeġenerazzjoni. Nat. Rev.Neurosci. 2012, 13, 77–93. [CrossRef]

11. Pareyson, D.; Piscosquito, G.; Moroni, I.; Salsano, E.; Zeviani, M. Newropatija periferali f'disturbi mitokondrijali. Lancet Neurol.2013, 12, 1011–1024. [CrossRef]

12. Wai, T.; Langer, T. Dinamika Mitokondrijali u Regolament Metaboliku. Xejriet Endocrinol. Metab. 2016, 27, 105–117. [CrossRef][PubMed]

For more information:1950477648nn@gamil.com