Ma `lumot

ATP ishlab chiqarilishi mitoxondriyada tartibga solinadigan hujayralar uchun yadrodan bo'lishdan qanday foyda bor?

ATP ishlab chiqarilishi mitoxondriyada tartibga solinadigan hujayralar uchun yadrodan bo'lishdan qanday foyda bor?



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Mitoxondriya o'z DNKsiga ega va yadro va uning roli bilan erkin bog'langanga o'xshaydi.

Nima uchun mitoxondriyalarning funktsiyalari yadroda emas? Nima uchun yadro mitoxondriyaning funktsiyalarini boshqarmaydi, chunki u boshqa kimyoviy reaktsiyalarni tartibga soladi? Bu ajralish uchun evolyutsion/raqobatbardosh foyda bormi?


Yangi boshlanuvchilar uchun ushbu mavzuga qarang.

Mening tushunishimcha, mitoxondriyalarning qadimgi salaflari erkin yashovchi bir hujayrali organizmlar edi. Taxminlarga ko'ra, bir vaqtning o'zida bu mitoxondriyaga o'xshash hujayralar kattaroq hujayra bilan endosimbiotik aloqani rivojlantirdilar. Bu munosabatlar ikkala hujayra uchun ham foydali edi: kichikroq hujayra energiya ishlab chiqarishga e'tibor qaratib, gomeostaz, ozuqa moddalarini yig'ish va hokazo vazifalarni kattaroq hujayraga qoldirishi mumkin edi. Evolyutsiya davrida bu endosimbioz kichik hujayraning energiya ishlab chiqarish bilan bog'liq bo'lmagan barcha funktsiyalarini yo'qotishiga olib keldi, kattaroq hujayra esa (hozir bilganimizdek) energiya ishlab chiqarish uchun mitoxondriyalarga tayanib qoldi.

Shunday qilib, bir vaqtlar yadro ATP ishlab chiqarish uchun mexanizmlarni kodlagan bo'lishi mumkin, ammo bu qadimiy simbioz tomonidan taqdim etilgan modullilik va funktsiyalarni ajratish muvaffaqiyatli bo'ldi.


Hujayralarda bo'linish

Hujayralar oqsillar, lipidlar va boshqa molekulalarning amorf aralashmasi emas. Buning o'rniga, barcha hujayralar har biri ma'lum bir funktsiyaga ixtisoslashgan aniq belgilangan bo'limlardan iborat. Ko'pgina hollarda hujayra osti jarayonlari ularning plazma membranasida, sitozol ichida yoki yadro, Golji apparati yoki hatto lizosomalar va endosomalar kabi membranani tashish tizimining vesikulyar komponentlari kabi membrana bilan bog'langan organellalar ichida sodir bo'lishiga qarab tavsiflanishi mumkin.

Turli xil to'qimalar va turli organizmlarning hujayralarining morfologik va funktsional xilma-xilligiga qaramay, barcha hujayralar o'zlarining bo'linmaviy tuzilishida muhim o'xshashliklarga ega. Ko'pincha organellalar deb ataladigan bu asosiy bo'limlar umumiy hayvon hujayrasi (markaziy hujayra) rasmida umumlashtirilgan. Umumiy hujayra atrofida ko'rsatilgan maxsus hujayra turlariga misollar neyron, makrofag, ichak epitelial hujayrasi, adipotsit, mushak hujayrasi va osteoklastni o'z ichiga oladi.

Bo'linish zarur komponentlarni hujayra ichidagi cheklangan joyga jamlash orqali ko'plab subhujayra jarayonlarining samaradorligini oshiradi. Agar ma'lum bir subhujayraviy jarayonni engillashtirish uchun ma'lum bir shart kerak bo'lsa, u boshqa hujayra osti bo'linmalarining funktsiyasini buzmaslik uchun mahalliy darajada bo'lishi mumkin. Masalan, lizosomalar ichkilashtirilgan materialning parchalanishini osonlashtirish uchun past pH ni talab qiladi. Lizosomada joylashgan membrana bilan bog'langan proton nasoslari bu holatni saqlab turadi. Xuddi shunday, mitoxondriya lipid ikki qavati bo'ylab elektron gradientlardan ATPni samarali ishlab chiqarish uchun katta membrana sirt maydonini talab qiladi. Bunga ushbu organellaning strukturaviy tarkibi orqali erishiladi.

Muhimi shundaki, alohida organellalar butun hujayra bo'ylab tashilishi mumkin va bu butun hujayra ichidagi jarayonlarni ular zarur bo'lgan hududlarga lokalizatsiya qiladi. Bu juda uzoq aksonal jarayonlarga ega bo'lgan va akson bo'ylab turli joylarda ATP hosil qilish uchun mitoxondriyalarni talab qiladigan neyronlarda kuzatilgan. Akson uzunligi bo'ylab ATP ning passiv tarqalishiga tayanish samarasiz bo'lar edi.

Bo'limlarga ajratish muhim fiziologik ta'sirga ham ega bo'lishi mumkin. Masalan, apikal va bazolateral membranalarga ega bo'lgan qutblangan epiteliya hujayralari, masalan, turli bezlar uchun sekretsiya yuzasini hosil qilishi mumkin. Xuddi shunday, neyron hujayralari hujayra tanasining qarama-qarshi uchlaridan dendritlar va aksonal jarayonlarni ishlab chiqarish tufayli samarali tarmoqlarni rivojlantiradi. Bundan tashqari, embrion ildiz hujayralarida hujayralarning qutblanishi qiz hujayralarining aniq taqdiriga olib kelishi mumkin.

Har bir organella o'z funktsiyasini osonlashtiradigan bo'lsa, ularni o'z-o'zidan subhujayra bo'linmalari deb hisoblash mumkin. Shu bilan birga, bo'limga tarkibiy qismlarni tartibga solinmagan holda, ularning umumiy funktsiyasini ishlab chiqaradigan jarayonlar va mexanizmlar to'sqinlik qiladi. Ko'pgina oqsillar va molekulyar komponentlar bir nechta subhujayrali jarayonlarda ishtirok etadigan va shuning uchun bir nechta subhujayra bo'linmalarida zarur bo'lgan holda, oqsil va molekulyar komponentlarni passiv diffuziya yoki yo'naltirilgan jalb qilish orqali samarali tashish hujayraning umumiy funktsiyasi uchun juda muhimdir.


Kirish

Qarish jarayoni biomolekulalarning bosqichma-bosqich va progressiv tizimli va funktsional buzilishiga olib keladi, bu ko'plab patologik sharoitlar, jumladan saraton, neyrodegenerativ kasalliklar, sarkopeniya (mushak massasining yo'qolishi) va jigar disfunktsiyasi bilan bog'liq (Chung va boshq., 2009 Chung va boshq. , 2008 Seo va boshqalar, 2006). Ushbu yoshga bog'liq kasalliklar va sharoitlarni ta'minlaydigan asosiy mexanizmlarni tushuntirish uchun bir nechta nazariyalar taklif qilingan bo'lsa-da, qarishning erkin radikal nazariyasi eng ommabop hisoblanadi. Bu nazariya kislorod radikallari (reaktiv kislorod turlari ROS) tomonidan biologik makromolekulalarning kümülatif zararlanishi hujayraning qaytarilmas shikastlanishiga va umumiy funksional pasayishiga olib kelishini taklif qiladi (Harman, 1956). Erkin radikal nazariya mitoxondriyalarni ham o'z ichiga olgan holda kengaytirildi, chunki mitoxondriyal DNKda (mtDNK) qarish bilan bog'liq mutatsiyalar va deletsiyalarning to'planishi nafas olish zanjiri funktsiyasini buzishi va ROS ishlab chiqarishni kuchaytirishi mumkin (Chomyn va Attardi, 2003 Harman, 1972). ). ROS ishlab chiqarishning ko'payishi, keyinchalik hujayradagi mtDNK shikastlanishi va oksidlovchi stress darajasining eksponent ravishda ortib borayotgan ayovsiz aylanishiga olib kelishi mumkin (Bandy va Davison, 1990 Hiona va Leeuwenburgh, 2008 Kujoth va boshqalar, 2006 Seo va boshqalar, 2006 Seo va boshqalar. ., 2008) (1-rasm). Mitoxondriyadagi turli genetik muammolar erta qarishga o'xshash fenotiplarni keltirib chiqarsa ham (Uollas va Fan, 2009), bu nazariyani qo'shimcha qo'llab-quvvatlash mtDNK mutatsiyalari va sutemizuvchilarning qarishi o'rtasidagi to'g'ridan-to'g'ri bog'liqlikni ko'rsatadigan tadqiqotlar orqali ta'minlandi. Xususan, mitoxondrial DNK polimeraza g (POLG) ning katalitik boʻlinmasi boʻlgan PolgA ning tekshirish-oʻqishi yetishmaydigan versiyasiga ega sichqonlar nafas olish zanjiri funksiyasining buzilishi va apoptoz darajasining oshishi bilan bogʻliq boʻlgan mtDNK mutatsiyalarini toʻplaydi. Tezlashtirilgan mutatsiyalar darajasiga ega bu mtDNK-mutator sichqonlarining umri qisqaroq bo'lgan va yoshga bog'liq fenotiplar (soch to'kilishi, kifoz (umurtqa pog'onasi egriligi), osteoporoz va sarkopeniya kabi) erta yoshda namoyon bo'lgan (Kujoth va boshq. , 2005 Trifunovich va boshqalar, 2004). Qizig'i shundaki, bu o'zgarishlar oksidlovchi stress darajasining oshishi bilan birga bo'lmagan, bu topilma odamlarda ham tasdiqlangan (Hutter va boshq., 2007). Bu mtDNK mutatsiyalari ROS ishlab chiqarishni ko'paytirish va mitoxondriyadagi oksidlovchi stress darajasini oshirish orqali qarishga hissa qo'shishi haqidagi g'oya bo'yicha ko'p tortishuvlarga olib keldi. Shu bilan birga, yoshi bilan yuzaga keladigan mtDNK mutatsiyalarining to'planishi hujayra disfunktsiyasini keltirib chiqaradigan va mitoxondriyadagi oksidlovchi stressdan qat'i nazar, hujayra disfunktsiyasini keltirib chiqaradigan va apoptozni boshlashi mumkin bo'lgan hujayra signalizatsiya yo'llarining o'zgarishiga olib kelishi mumkin. MtDNK mutatsiyalari qarish jarayonida sababchi rol o'ynaydimi yoki yo'qmi, hali ham munozaralar davom etmoqda, ammo mitoxondriyalarning funktsional pasayishi yoshga qarab sodir bo'ladi va to'g'ri ishlaydigan mitoxondriyalar uzoq umr ko'rish va yoshga bog'liq kasalliklarni minimallashtirish uchun hal qiluvchi ahamiyatga ega ekanligini inkor etib bo'lmaydi.

Ma'lumki, mitoxondriyalar o'ta harakatchan va ajoyib plastik organellalar bo'lib, ularning morfologiyasini faol ravishda o'zgartiradigan sintez va bo'linish hodisalarini doimiy ravishda boshdan kechiradi. Bundan tashqari, mitoxondriyal sintez va bo'linishning dinamik regulyatsiyasi hujayra redoks holatini, mtDNK yaxlitligini, organellar funktsiyasini va hujayra o'limini modulyatsiya qilishning muhim mexanizmi ekanligi ko'rsatilgan (Liesa va boshq., 2009). Ta'kidlash joizki, mitoxondriyal sintez va bo'linishda ishtirok etuvchi oqsillarning genetik nuqsonlari mitoxondrial shaklning keskin o'zgarishiga, mtDNK yaxlitligini yo'qotishiga, oksidlovchi stressning kuchayishiga va hujayralarning apoptotik o'limiga olib keladi, bu o'zgarishlar keyinchalik rivojlanish anomaliyalari, nerv-mushaklar degeneratsiyasiga olib kelishi mumkinligi ko'rsatilgan. odamlarda (Chen va Chan, 2009). Biroq, mitoxondrial sintez va bo'linishning qarishning asosiy mexanizmlari bilan bog'liqligi to'liq baholanmagan, qisman qarish jarayonining asosini tashkil etuvchi molekulyar hodisalar hali to'liq aniqlanmagan. Ushbu Sharhda biz mitoxondrial biogenez, mtDNK gomeostazi, autofagiya va hujayra o'limi kabi asosiy hujayra hodisalari bilan bog'liq holda mitoxondrial dinamika, struktura va funktsiya haqidagi mavjud bilimlarni muhokama qilamiz. Oddiy barqaror atrof-muhit sharoitida mitoxondriyal sintez va bo'linish hodisalari va ularning ushbu muhim biologik jarayonlardagi umumiy funktsiyasi haqida asosiy ma'lumotni taqdim etish orqali biz mitoxondrial dinamikadagi o'zgarishlar odatda qarish bilan bog'liq bo'lgan mitoxondrial disfunktsiyaga qanday hissa qo'shishi mumkinligini tasvirlashga umid qilamiz.

Qarishda mitoxondrial disfunktsiyaning tavsiya etilgan modeli. Oddiy biologik faollik paytida hosil bo'lgan toksik ROS asta-sekin hujayra stressidan himoya qiluvchi hujayra gomeostatik yo'llarini buzadi va mitoxondrial tarkibiy qismlarga, shu jumladan elektron uzatish zanjiri (ETC) va mtDNKga zarar etkazadi. O'z navbatida mitoxondriyalarga oksidlovchi ta'sir qilish organellalarning hayotni ta'minlovchi funktsiyalarini - energiya almashinuvi, metabolitlarning biogenezi, Ca 2+ gomeostazi va oksidlanish-qaytarilish biologiyasini tartibga solish - yoshi bilan yomonlashadi va shu bilan mitoxondriyal zararni to'plashning yomon aylanishiga yordam beradi. Bu mitoxondrial funktsional inqiroz bilan yakunlanadi. Bu oxir-oqibat hujayralarning o'limiga va qarishiga olib keladi.

Qarishda mitoxondrial disfunktsiyaning tavsiya etilgan modeli. Oddiy biologik faollik paytida hosil bo'lgan toksik ROS asta-sekin hujayra stressidan himoya qiluvchi hujayra gomeostatik yo'llarini buzadi va mitoxondrial tarkibiy qismlarga, shu jumladan elektron uzatish zanjiri (ETC) va mtDNKga zarar etkazadi. O'z navbatida mitoxondriyalarga oksidlovchi ta'sir qilish organellalarning hayotni ta'minlovchi funktsiyalarini - energiyani uzatish, metabolitlarning biogenezi, Ca 2+ gomeostazi va oksidlanish-qaytarilish biologiyasini tartibga solish - yoshi bilan yomonlashadi va shu bilan mitoxondriyal shikastlanishning yomon aylanishiga yordam beradi. Bu mitoxondrial funktsional inqiroz bilan yakunlanadi. Bu oxir-oqibat hujayralarning o'limiga va qarishiga olib keladi.


Mitoxondriya va xloroplast o'rtasidagi asosiy farqlar

Hujayraning ikkita eng muhim organellalari o'rtasidagi asosiy farqlar:

  1. Mitoxondriya Eukaryotik organizmlarning deyarli barcha turlarida joylashgan yirik, membrana bilan o'ralgan, loviya shaklidagi organellalar bo'lib, ular "hujayraning quvvat manbai" deb ham ataladi. Mitoxondriya hujayralardagi nafas olish va energiya almashinuvi uchun javobgardir. Aksincha, Xloroplast faqat yashil o'simliklarda va bir nechta suv o'tlarida uchraydi, ular fotosintez joylari hisoblanadi. Hujayraning bu organellasi mitoxondriyadan ancha murakkab va kattaroqdir.
  2. Mitoxondriyalar barcha turdagi hujayralarda mavjud aerob organizmlar o'simliklar va hayvonlar kabi, xloroplast esa mavjud yashil o'simliklar va ba'zi suv o'tlari, Euglena kabi protistlar. Mitoxondriya - bu rangsiz, loviya shakli organellalar. Xloroplastlar yashil rang va disk shakli organellalar.
  3. Mitoxondriya va xloroplastlar ichida ikkita kamera bor, ular matritsa va kristallar mitoxondriyalarda, stroma va tilakoidlar xloroplastda.
  4. Mitoxondriyaning ichki membranasi kristaga, xloroplastniki esa tilakoidlar deb ataladigan tekislangan qoplarga ko'tariladi.
  5. Xloroplastdagi tilakoid membranada karotinoidlar, xlorofill va fotosintetik pigmentlar mavjud, ammo ular mitoxondriyalarda yo'q. Mitoxondriya shakarni (glyukoza) ATP (adenozin trifosfat) deb ataladigan kimyoviy energiyaga aylantiradi, u kisloroddan foydalanadi va organik oziq-ovqatlarni parchalash orqali energiya chiqaradi va o'z navbatida suv bilan birga karbonat angidrid hosil qiladi. Xloroplastda quyosh energiyasi saqlanadi, bu organella energiyani saqlashga yordam beradi, bundan tashqari u glyukoza hosil qilish uchun karbonat angidrid va suvdan foydalanadi. Xloroplast kislorodni chiqaradi yoki chiqaradi.
  6. Mitoxondriyalar uchun sayt beta oksidlovchi, fotonafas olish, oksidlovchi fosforlanish, ETC Xloroplast uchun sayt fotonafas va fotosintez.

O'xshashliklar

  • Ikkalasi ham qo'sh membranali tuzilishga ega.
  • Ikkala organellada ham DNK va RNK mavjud.
  • Ularning ikkalasi ham hujayrani energiya bilan ta'minlaydi.
  • Ikkala organellada ferment va koenzim mavjud.
  • Kislorod va karbonat angidridning ishtiroki mavjud.
  • Yana bir o'ziga xos xususiyat shundaki, ikkala organella ham hujayra ichida bir joydan ikkinchi joyga ko'chira oladi.

Xulosa

Yuqoridagi maqoladan bilib oldikki, eukaryotik hujayraning eng muhim qismlaridan biri bo'lib, ikkala organella ham muhim va hujayraning o'sishi va funktsiyasiga teng hissa qo'shadi. Bundan tashqari, ilgari mitoxondriyalar erkin yashovchi aerob bakteriyalar bo'lib, ular qandaydir jarayon tufayli eukaryotik hujayraning bir qismi bo'lgan degan xulosaga keldi.

Xloroplast barcha eukaryotik hujayralarning bir qismi emas, chunki u yashil o'simliklar va bir nechta suv o'tlarida uchraydi. Chunki ular fotosintez jarayonida asosiy rol o'ynaydi, bu orqali o'simlik quyosh nuri yordamida oziq-ovqat tayyorlaydi.


Mitoxondriya ko'pincha hujayra quvvati deb ataladi, chunki organella organik kislotalarni va ozuqalardan olingan NADH ni oksidlaydi va bu reaktsiyalarning Gibbs erkin energiyasining taxminan 40% ni hujayra metabolizmining asosiy energiya valyutasi bo'lgan ATP ga aylantiradi. Shunday qilib, mitoxondriyalar mikroskopik pechlar bo'lib, bu reaktsiyalarning qo'shimcha mahsuloti sifatida muqarrar ravishda issiqlikni chiqaradi va bu tananing isishiga yordam beradi, ayniqsa qushlar va sutemizuvchilar kabi endotermalarda. So'nggi o'n yil ichida mitoxondriyalar kuchli energiya almashinuvi tufayli sitozoldan issiqroq bo'lishi mumkin degan fikr paydo bo'ldi. Hatto bizning mitoxondriyalarimiz normal sharoitda 50 ° C ga yaqin haroratda ishlashi mumkinligi taxmin qilingan, bu termal fizika qonunlari bilan kelishish qiyin.

Bu erda, biologiya va fizika bo'yicha umumiy tajribamizdan foydalanib, biz issiq mitoxondriya kontseptsiyasiga olib kelgan hisobotlarni to'liq ko'rib chiqamiz, bu asosan ichki floresansi harorat bilan o'zgartiriladigan turli molekulyar termosensorlarni ishlab chiqish va ishlatishga asoslangan. Keyin biz issiqlik tarqalishining fizik tushunchalarini, shu jumladan nano o'lchov oralig'ida yuzaga keladigan fononlarning tarqalishi kabi mexanizmlarni muhokama qilamiz. Garchi termosensorlarni o'rganishga yondashuvlarning aksariyati nisbatan siyrak ma'lumotlarni taqdim etsa va mutlaq harorat kalibratsiyasiga ega bo'lmasa-da, ular issiq mitoxondriya gipotezasini qo'llab-quvvatlaydi. Biroq, organellaning atrofdagidan yuqori haroratni saqlab turishiga imkon beradigan ishonchli jismoniy tushuntirish yo'q. Shunga qaramay, biz ushbu qiziqarli jumboqni yoritishga yordam beradigan ba'zi tadqiqot yo'nalishlarini taklif qildik, asosan biologik.


Jismoniy va funktsional aloqa

Voyaga etgan kardiyomiyositlarda mitoxondriyalarning harakatchanligi mitoxondriyalarning mikrotubulalar tarmoqlari bo'ylab harakatlanishi bilan cheklangan (Frederik va Shou, 2007). Aksariyat sutemizuvchilar hujayralarida mitoxondriyalar odatda yadro atrofida to'planadi (Yoon, 2004), ammo mitoxondriyalar turli xil hujayralar ichida mitoxondriyal heterojenlikka olib keladigan turli sitoplazmatik joylarda bo'lishi mumkin (Kuznetsov va boshq., 2009 Piquereau va boshq., 2013). Kardiyomiyositlarda bu heterojen populyatsiyani uchta alohida populyatsiyaga bo'lish mumkin, ular kardiyomiyofiberlar ichida joylashishi bilan tavsiflanadi: subsarkolemmal mitoxondriyalar (SSM), intermiofibrillar mitoxondriyalar (IFM) yoki perinuklear mitoxondriyalar (PNM) (Shimada va boshqalar, 1984). Elektron mikroskopiya va transmissiya elektron mikroskopiyasi mitoxondriyalarning bu alohida populyatsiyalarini ko'rsatadi, chunki morfologiya ularning joylashishi va funktsiyasi uchun noyobdir (Shimada va boshq., 1984 Manneschi va Federiko, 1995 Vendelin va boshq., 2005 Wikstrom va boshq., 2009). SSM sarkolemma yuzasi ostida joylashgan bo'lib, ular bir-biriga yaqin joylashgan kristallarga ega. Xolmuhamedov va uning hamkasblari SSM ni tavsifladilar va baholadilar, SSM ning Ca 2+ haddan tashqari yuklanishi bilan ATP sintezini inhibe qilishiga yuqori sezuvchanlikka ega ekanligini aniqladilar (Holmuhamedov va boshq., 2012). PNM kardiomiotsitlarda keng tarqalgan ikkita yadro o'rtasida va atrofida yadro teshiklarida to'plangan. Yaxshi rivojlangan kavisli kristallari tufayli PNM yuqori ATP ishlab chiqarishga imkon beruvchi kichik matritsa maydoniga ega (Hackenbrock, 1966). Lu va hamkasblari bizga PNM bo'yicha bir nechta tadqiqotlardan birini taqdim etishdi va PNM morfologiyasi IFM va SSMga qaraganda sferikroq ekanligini aniqladilar, bu erda miofibrilyar cheklovlarning yo'qligi PNM sferik shakli va uning yuqori harakatchanligini ta'minlaydi. Ushbu guruh, shuningdek, PNM ning perinuklear mitoxondrial biogenez uchun oqsil sintezi joylariga jismoniy jihatdan yaqinroq ekanligini aniqladi, bu PNM transkripsiya va tarjima jarayonlarida ishtirok etishini ko'rsatadi (Piquereau va boshq., 2013 Lu va boshq., 2019). Nihoyat, IFM juda yaxshi tashkil etilgan, chunki ular kontraktil miofilamentlarga yaqin parallel joylashgan. Ushbu yuqori darajada tashkil etilgan tuzilma IFMlarning joylashuvi va harakatchanligida cheklanishiga olib kelishi mumkin, ammo u sitoskeleton va SR bilan qisqarish va mitoxondrial o'zaro ta'sir qilish uchun zarur bo'lgan bioenergetik yordamni ham ta'minlaydi (Wilding va boshq., 2006). IFM SR bilan interfeys hosil qiladi, bu esa molekulalarni SR va mitoxondriyalar o'rtasida samarali signal uzatish uchun tashish imkonini beradi (Eisner va boshq., 2013).

SR kardiomiotsitlar uchun juda katta ahamiyatga ega, chunki u 2-turdagi riyanodin retseptorlari (RyR2) orqali saqlanadigan Ca 2+ ni chiqarish orqali qo'zg'alish-qisqarish birikmasini tanqidiy tartibga soladi (Fu va boshq., 2006 yil 2-rasm). SR tomonidan Ca 2+ ning chiqarilishini tushunish uchun biz SR bo'linmalarini muhokama qilamiz. Strukturaviy jihatdan SR turli xil organella bo'lib, birlashma, korbular va tarmoq SRdan iborat. SR ning ushbu komponentlari murakkab quvurli tarmoqni tashkil qiladi, bu erda tarmoq SR ko'ndalang-naychalar (T-naychalar) orasidagi mintaqada joylashgan bir qator o'zaro bog'langan kanalchalar orqali hosil bo'ladi (2-rasm). Birlashma SR - sarkolemma T-naychalari bilan ixtisoslashgan birikmalar hosil bo'lgan domen bo'lib, SR ga o'zining rianodinga sezgir Ca 2+ kanallarini (RyR) sarkolemma kuchlanishli L-tipli Ca 2+ kanallari bilan yaqin masofaga olib borishga imkon beradi. Franzini-Armstrong va Protasi, 1997 Franzini-Armstrong va boshqalar, 1999 2-rasm). Korbular SR RyR larni ham ifodalaydi, ammo u sarkolemma bilan birikma hosil qilmaydi (Vega va boshq., 2011). Membrananing depolarizatsiyasi qo'zg'alish-qisqarish (EK) natijasida L tipidagi Ca 2+ kanallarining SR (jSR) birlashmasiga yaqin ochilishiga olib keladi. Bu SR va T-naycha sarkolemmasini ajratib turadigan cheklangan sitozolik bo'shliqqa oz miqdorda Ca 2+ kirib kelishiga olib keladi. Ca 2+ kontsentratsiyasidagi bu o'sish RyR2 uchun Ca 2+ induktsiyalangan Ca 2+ ajralib chiqishi (CICR) mexanizmi orqali faollashishi uchun chegaradan oshadi (2-rasm Fabiato, 1983). Kichik miqdordagi klasterli RyR2 ning faollashishi hujayra ichidagi kaltsiy kontsentratsiyasiga ta'sir qiladi va "Kalsiy uchqunlarini" qo'zg'atadi (Cheng va boshq., 1993). EK tomonidan bir nechta “sparks” faollashtirilganda, ikki qavatli yoriqda hujayra ichidagi kaltsiyning ko'payishi aniqlanishi mumkin (Sharma va boshq., 2000), bu miyokard qisqarishini boshlaydi.

2-rasm. Sarkoplazmatik retikulum-mitoxondriya aloqasi. Sarkoplazmatik retikulum (SR) T-naychalari va mitoxondriyalarga yaqin joylashgan. Ca 2+ oqimida ishtirok etadigan kanallar tasvirlangan, ular orqali SR qo'zg'alish-qisqarish birikmasini va mitoxondriya bilan Ca 2+ signalizatsiyasini tartibga soladi. Ca 2+ almashinuvi sodir bo'ladigan mikrodomenlar ko'rsatilgan. Ryanodin retseptorlari 2 (RyR2) va t-naycha-SR interfeysida joylashgan L-turi Ca 2+ kanallari kuchlanishga bog'liq anion-selektiv kanal oqsillari (VDAC) RyR2 va L-turi Ca 2+ kanallari, mitoxondriyal kaltsiy bilan birgalikda joylashadi. Uniporter Kompleksi (MCUC) asosan SR-Mito interfeysida joylashgan, Ca 2+ ni olishning tezkor rejimlari (RaM), 1-toifa rianodin retseptorlari (mRyR1), Mitoxondrial Na + / Ca 2+ almashtirgich (NCLX) qarama-qarshi tomonda joylashgan. sarkoplazmatik/endoplazmatik retikulum Ca2+ ATPazlar (SERCA) yaqinidagi MCUC tomoni. Mitofusin1/2 (MFN1/2) SR-mitoxondriyal bog'lanish vazifasini bajaradi (BioRender.com bilan yaratilgan).

Qizig'i shundaki, L tipidagi Ca 2+ kanallari mitoxondriyal funktsiyalarni aktin filamentlari orqali tartibga soladi (Viola va Hool, 2010). Viola va uning hamkasblari ushbu kanal orqali Ca 2+ oqimi superoksid ishlab chiqarishni, NADH darajasini, metabolizmni va shuningdek, kaltsiydan mustaqil yo'lda mitoxondriyal membrana potentsialini oshirishini ko'rsatdi (Viola va boshq., 2009). L tipidagi Ca 2+ kanalining sitoplazmatik β-bo'linmasi aktin sitoskeletoniga biriktirilgan. Ushbu bog'lanishning buzilishi Ca 2+ oqimini pasaytiradi, bu esa kislorodning kam iste'mol qilinishiga va mitoxondriya tomonidan ATP ishlab chiqarilishiga olib keladi (Viola va boshq., 2009). Bundan tashqari, ushbu guruh kardiyomiyositlardan ajratilganligini aniqladi mdx sichqonlar (bemorlarda kengaygan kardiyomiyopatiyaga olib keladigan Duschennes mushak distrofiyasining sichqoncha modeli) metabolik funktsiyalarning pasayishiga olib kelgan sitoskeletal tarmoqdagi o'zgarish tufayli L-tipli Ca 2+ va mitoxondriyalar o'rtasidagi aloqani buzgan (Viola va boshq., 2014). ). Ular birinchi bo'lib L tipidagi Ca 2+ va F-aktin orqali VDAC o'rtasidagi jismoniy va funktsional bog'lanishni ko'rsatdilar (Viola va boshq., 2013, 2014 2-rasm). Bu haqda ular yana xabar berishdi mdx kardiyomiyositlar dam olishda kaltsiyning yuqori darajasini saqlab turadi va L-tipli Ca 2+ kanalining faollashuvi kuzatilgan mitoxondriyal kaltsiy o'zgarishlarida rol o'ynaydi, bularning barchasi DCM rivojlanishiga yordam beradi (Viola va boshq., 2013).

SR va mitoxondriya o'rtasidagi o'zaro ta'sirlar kardiomiotsitlar qisqarishida muhim rol o'ynaydi va ko'plab tadqiqotlar bizga mitoxondriyal Ca 2+ ni o'zlashtirishi va shu tariqa SR vositachiligida Ca 2+ ning chiqarilishiga javoban mitoxondriyal Ca 2+ darajasini oshirganligi haqida dalillarni taqdim etdi (Bassani et al. boshq., 1992 Negretti va boshqalar, 1993 Szalai va boshqalar, 2000). Yuqorida aytib o'tilganidek, yurak mitoxondriyalari MCUC orqali sitozolik Ca 2+ ni oladi. Biroq, bu kanal faollashishi uchun kamida 2 𠄵 μM erkin Ca 2+ kontsentratsiyasini talab qiladi (Kirichok va boshq., 2004). Ushbu Ca 2+ kontsentratsiyasiga faqat SR-mitoxondriya interfeysidagi ma'lum mikrodomenlarda erishiladi (2-rasm). Xususan, bunday o'ta tuzilgan hujayralarda MCUC ko'proq jSR bilan yaqin aloqada bo'lgan joylarda namoyon bo'ladi, ularda Ca 2+ - chiqaradigan RyR2 kanallari mavjud (2-rasm De La Fuente va boshq., 2016). Bundan tashqari, Ca 2+ oqimlari qattiq tartibga solinishi kerak. De la Fuente va uning hamkasblari Ca 2+ signallarini optimallashtirish va kardiyomiyositlar qisqarishi uchun zarur bo'lgan mitoxondriyal metabolizmni ta'minlash, shu bilan birga mitoxondriyal membranani depolarizatsiya potentsiali uchun zarur bo'lgan energiyani kamaytirish uchun MCUC va NCLX kardiyak mitoxondriyalarda fazoviy ravishda yo'q qilinganligini ko'rsatdi (2-rasm). La Fuente va boshqalar, 2016, 2018). Mitoxondriyal Ca 2+ ning qabul qilinishi tez va sinxron ravishda sitozolik Ca 2+ tebranishlari bilan urish modelida sodir bo'ladimi (Garc໚-Pérez va boshq., 2008) yoki u asta-sekin o'sib boradimi (Griffiths va boshq.). , 1997). Ushbu ikki model o'rtasidagi farqlar zondlar, stimulyatsiya va turlar nuqtai nazaridan qo'llaniladigan eksperimental yondashuvga tayanadi (De la Fuente va Sheu, 2019).

Shuni ta'kidlash kerakki, mikrodomen darajasida SR-Mitoxondriya o'rtasida Ca 2+ almashinuvini ta'minlaydigan molekulyar ko'prik RyR2 va VDAC2 kanallari orqali hosil bo'ladi (2-rasm Min va boshq., 2012). Bundan tashqari, keksa kardiyomiyoktalarda RyR2 va VDAC o'rtasidagi jismoniy o'zaro ta'sir sezilarli darajada kamayadi, bu esa mitoxondriyal Ca 2+ ning so'rilishini kamaytirishga olib keladi va shu bilan oksidlovchi stress va energiya buzilishiga yordam beradi (Fernandez-Sanz va boshq., 2014). Biroq, bu hodisa RyR2 va VDAC ifoda darajalaridan mustaqil va MFN2 darajalari bilan bog'liq emas (Fernandez-Sanz va boshq., 2014).

Mitoxondriyal disfunktsiyaning yurak kasalligi bilan bog'liqligi keng e'tirof etilgan (Bonora va boshq., 2019). RyR2 kanallari orqali SR ga bog'liq bo'lgan patologik Ca 2+ oqishi mitoxondriyal Ca 2+ ni ortiqcha qabul qilishda ishtirok etadi (Santulli va boshq., 2015 Ruiz-Meana va boshq., 2019). Santulli va boshqalar. Sichqoncha modeli yordamida birinchi bo'lib SR va mitoxondriyalar o'rtasida teskari aloqa zanjiri mavjudligini ko'rsatdilar, bu erda RyR2 kanallari orqali Ca 2+ oqishi mitoxondriyal Ca 2+ ortiqcha yuklanishiga va ROS yorilishiga olib keladi, bu Ca 2+ oqishini kuchaytiradi va shu bilan mitoxondriyal disfunktsiyani yomonlashtiradi (Santulli va boshqalar. ., 2015). Bundan tashqari, inson va sichqonlarning qarigan kardiomiotsitlarida SR-mitoxondriya Ca 2+ almashinuvi RyR2 glikatsiyasi tufayli sezilarli darajada buziladi (Ruiz-Meana va boshq., 2019). Bu qarigan kardiyomiyositlar, RyR2 kanallari orqali Ca 2+ oqishini boshlaydigan va mitoxondriyal Ca 2+ ning o'zlashtirilishini yanada kuchaytiradigan etishmayotgan dikarbonil detoksifikatsiya yo'lini ko'rsatadi. Birgalikda bu mexanizm sog'lom kardiomiotsitdan ishlamay qolgan kardiyomiyositga o'tishda ishtirok etadi, chunki u mitoxondrial disfunktsiyaga olib keladigan mitoxondriyal shikastlanish orqali bioenergetik tanqislikni keltirib chiqarishi mumkin (Ruiz-Meana va boshq., 2019).

Shuni ta'kidlash kerakki, MCUC mitoxondriyal Ca 2+ ning kardiyomiyositlarda so'rilishining yagona usuli emas. Uch xil yondashuv MCU-nokaut sichqonlari (global konstitutsiyaviy, yurakka xos, dominant salbiy ortiqcha ifoda) ishlab chiqilgan (Pan va boshq., 2013 Kwong va boshq., 2015 Luongo va boshq., 2015). Ushbu modellar MCUC yurakning bazal faoliyatida yurak faoliyati uchun zarur ekanligini ko'rsatadi, shu bilan birga, 𠇏ight-or-flight” sharoitida MCU yo'q qilinishi o'tkir mitoxondrial Ca 2+ so'rilishini inhibe qiladi. Bundan tashqari, bu sichqonlar ishemiya-reperfuziya shikastlanishi paytida mPTP ochilishidan yuqori darajada himoyalangan. Shuning uchun, bazal dam olish sharoitida, ATP ishlab chiqarish va yurak metabolizmini ta'minlash uchun mitoxondriyal Ca 2+ oqimi Ca 2+ ni tez qabul qilish usullari (RaM) (Buntinas va boshq., 2001) va 1-toifa rianodin retseptorlari (mRyR1) kabi boshqa kanallar orqali sodir bo'ladi. ) (Beutner va boshq., 2001, 2005 2-rasm) ikkalasi ham IMMda joylashgan. RaM MCUC (Buntinas va boshq., 2001) bilan solishtirganda Ca 2+ ni tezroq qabul qilishni ko'rsatadi, mRyR1 esa past sitozolik Ca 2+ konsentrasiyalarida ochiladi (Beutner va boshq., 2001, 2005).

Yuqorida muhokama qilinganidek, kardiyomiyositlarda SR-mitoxondriyalarda Ca 2+ ko'chishi asosan bevosita jismoniy aloqa joylarida sodir bo'ladi. Biroq, bog'lanishda ishtirok etadigan oqsillar yurakda yaxshi o'rganilmagan. Hozirgi vaqtda mitofusin 2 (MFN2) bu jismoniy o'zaro ta'sirni bog'lash uchun taklif qilingan oqsildir (2-rasm Papanicolaou va boshq., 2011 Chen va boshq., 2012). MFN2 ER/SR-mito interfeysida bog'lovchi yoki ajratuvchi vazifasini bajaradimi, bu munozarali masala. Ikki xil MFN2Qarama-qarshi natijalarni ko'rsatadigan KO sichqoncha modellari yaratilgan. Tug'ilgandan keyin gen delektsiyasi amalga oshirilganda, SR-mitoxondriyalar masofasi ortib, SRda Ca 2+ kontsentratsiyasining oshishiga olib keladi (Chen va boshq., 2012). Bundan tashqari, kardiyomiyositlarning izopronenterol stimulyatsiyasi sitozolik Ca 2+ kontsentratsiyasining oshishini va mitoxondriyal Ca 2 ning so'rilishini kamaytiradi. Shunisi e'tiborga loyiqki, ushbu model mitoxondrial bioenergetik buzilishlarni ko'rsatmaydi (Chen va boshq., 2012). Boshqa tomondan, agar gen embrion bosqichida o'chirilsa, SR-mitoxondriya masofasida farqlar yo'q va shuning uchun Ca 2+ oqimlarida o'zgarishlar bo'lmaydi. Bu natija kompensatsion qayta qurish bilan bog'liq bo'lishi mumkin (Papanicolaou va boshq., 2012). Ushbu sichqoncha modellarining har biri kattalardagi mitoxondriyal morfologiya o'zgarishlarini, kontraktil depressiyani va yurak gipertrofiyasini namoyish etadi. Biroq, MFN2 ning SR-mitoxondriyalarni bog'lashdagi rolini o'rganish va shuningdek, bu bog'lanishda boshqa oqsillar ishtirok etishini aniqlash uchun ko'proq tadqiqotlar talab etiladi (2-rasm).


Energiya holati va hujayra o'limi

Bir qator sutemizuvchilar hujayralari uchun hujjatlashtirilganidek, ATPning pasayishi odatda apoptoz bilan bog'liq [(Bossy-Wetzel va boshq., 1998 de Graaf va boshq., 2002 Izyumov va boshq., 2004 Marton va boshq., 1997 Vander Heiden. va boshq., 1999) istisnolar mavjud (masalan, Atlante va boshq., 2005)]. ATP darajasi bilan bu bog'liqlik apoptotik yo'lda aslida ATPni talab qiladigan bir qator bosqichlar mavjudligiga qaramay mavjud (quyida "Hujayra o'limida ATP uchun o'ziga xos talablar" ga qarang). Ammo shuni ta'kidlash kerakki, hujayra ATP ning katta pasayishi mikromolyar tufayli ushbu bosqichlarning ko'pchiligi faoliyatini cheklamasdan sodir bo'lishi mumkin. Km ishtirok etgan fermentlar uchun qiymatlar (qarang. Skulachev, 2006) va jarayonda ishtirok etuvchi katalitik bo'lmagan oqsillar uchun ATP bilan bog'lanishning ancha yuqori yaqinligi (Riedl va boshq., 2005). Bundan tashqari, apoptozning rivojlanishi uchun zarur bo'lgan ATP miqdori aslida juda kichik va ATP manbai muhim emas, masalan. u glikoliz yoki oksidlovchi fosforillanish natijasida hosil bo'lishi mumkin (Nicotera va boshq., 2000 Skulachev, 2006). Shunday qilib, mitoxondrial funktsiyadagi oddiy murosa (va ATP ning bir vaqtning o'zida pasayishi) nekrozga ijobiy ta'sir ko'rsatishi va apoptozning yomonlashishini talab qilmaydi. Shunga qaramay, nekrotik hujayralar o'limi odatda sutemizuvchilar tizimlarida kuchli ATP etishmovchiligi sharoitida kuzatiladi (Atlante va boshq., 2005 Eguchi va boshq., 1997 Leist va boshq., 1997 Nicotera va boshqalar, 2000 Nicotera va boshq., 1998 Nikotera va Melino, 2004).

Skulachev va uning hamkasblari HeLa hujayralarida hujayralardagi ATP darajasi va apoptozning paydo bo'lishi o'rtasidagi o'zaro ta'sirni o'rganishdi. ga qarshi nekroz (Izyumov va boshqalar, 2004). Ushbu mualliflarning ta'kidlashicha, nafaqat hujayra o'limining bir shaklini boshqasidan ustun qo'yish uchun ATP pasayishining kattaligi, balki HeLa hujayralarining ATP darajasining buzilishini boshdan kechirish vaqti ham hal qiluvchi omil bo'lib, uzoqroq ta'sir qilish nekrozga ko'proq yordam beradi. . ATP depressiyasining davomiyligi va darajasi bilan bog'liqlik birinchi marta Jurkat hujayralarida (Leist va boshq., 1997), inson T-limfotsitlarining o'lmas chizig'ida ko'rsatilgan. Hujayra o'limi bo'yicha tadqiqotlarni o'lmas hujayra liniyalari bilan izohlashda ehtiyot bo'lish kerakki, bunday hujayralar odatda o'zgargan metabolik muvozanatni (ko'proq glikolitik asosga ega) ko'rsatadi va hujayra o'limining xususiyatlari birlamchi hujayralar yoki to'qimalardan farq qiladi.

Agar hujayra uchun umumiy energiya byudjeti nuqtai nazaridan joylashtirilsa, hujayra o'lim yo'llarini boshqarish uchun ATP talablari kichik bo'lishi mumkin. Bazal holatda uyali energiyaning asosiy iste'molchilari uchta jarayondir.(1) Ion gradientlarini saqlash uchun Na + /K + -ATPase tomonidan faol transportning metabolik qiymati o'rtacha 36% [diapazon 15–58% (Covi va Hand, 2007)] ko'p hujayra turlari bo'yicha bazal metabolizm tezligi (Hand and Hardewig, 1996 Rolfe va Brown, 1997). Similarly, the cost of maintaining the proton gradient across the mitochondrial inner membrane, i.e. offsetting the proton leak, is also estimated to be quite substantial, accounting for 20–40% of the respiration rate of hepatocytes isolated from a rat and a lizard(Brand et al., 1994). Thus,over half the cell's energy can be devoted to processes of ion transport alone. (2) Under resting conditions, the metabolic cost of protein synthesis ranges between 18 and 26% in various tissues and cell types(Hawkins, 1991), and even higher values are observed for tissues during growth or increased biosynthetic activity (Land et al., 1993). The cost of ubiquitin-dependent protein degradation is sizable as well(Land and Hochachka, 1994).(3) Finally, DNA transcription and replication are responsible for up to 10%of basal cellular metabolism (Rolfe and Brown, 1997). Consequently, initiation and execution of apoptosis are unlikely to represent even a noticeable fraction of the energy budget. In the latter phases of cell death, when various physiological processes have been disrupted, the relative cost of cell death processes within the cellular energy budget undoubtedly increases. Unfortunately, a quantitative inventory of how much ATP is utilized during apoptosis is not available(Chiarugi, 2005).


Asosiy fikrlar

The intestinal epithelium is a constantly renewing monolayer of cells undergoing continuous steps of proliferation, differentiation and finally cell death, representing an excellent model system to study stem cell regulation.

Intestinal epithelial cells (IECs) are key players in intestinal diseases such as IBD and colorectal cancer (CRC), constituting a dynamic interface between microbiota and host.

Mitochondrial function and metabolism determine and regulate IEC properties, such as differentiation status and proliferation.

Mitochondrial unfolded protein response (MT-UPR) coordinates mitochondrial function, metabolism and cellular phenotype and is activated in various diseases, including IBD and CRC.

MT-UPR might act as a sensor of the luminal and host environment, orchestrating epithelial tissue responses.

Determining the proliferative and regenerative capacity of IECs, the MT-UPR constitutes an attractive target for future therapeutic approaches for intestinal diseases.


Mitochondrial quality control in pulmonary fibrosis

Mechanisms underlying the pathogenesis of pulmonary fibrosis remain incompletely understood. Emerging evidence suggests changes in mitochondrial quality control are a critical determinant in many lung diseases, including chronic obstructive pulmonary disease, asthma, pulmonary hypertension, acute lung injury, lung cancer, and in the susceptibility to pulmonary fibrosis. Once thought of as the kidney-bean shaped powerhouses of the cell, mitochondria are now known to form interconnected networks that rapidly and continuously change their size to meet cellular metabolic demands. Mitochondrial quality control modulates cell fate and homeostasis, and diminished mitochondrial quality control results in mitochondrial dysfunction, increased reactive oxygen species (ROS) production, reduced ATP production, and often induces intrinsic apoptosis. Here, we review the role of the mitochondria in alveolar epithelial cells, lung macrophages, and fibroblasts within the context of pulmonary fibrosis.


We would like to thank Rita Teodoro for critical reading of the manuscript. We thank Telmo Pereira from the Microscopy Facility at CEDOC for technical support the Fly Facility at CEDOC CONGENTO: consortium for genetically tractable organisms (LISBOA-01-0145-FEDER-022170) the Vienna Drosophila Resource Center and Bloomington Drosophila Stock Center (NIH P40OD018537) for stocks used in this study the Developmental Studies Hybridoma Bank, created by the NICHD of the NIH and maintained at The University of Iowa, Department of Biology, Iowa City, IA 52242.

Amartuvshin, O., Lin, C., Hsu, S., Kao, S., Chen, A., Tang, W., et al. (2020). Aging shifts mitochondrial dynamics toward fission to promote germline stem cell loss. Qarigan hujayra 19:e13191. doi: 10.1111/acel.13191

Bothun, A. M., and Woods, D. C. (2020). Inherent mitochondrial activity influences specification of the germ line in pluripotent stem cells. Heliyon 6:e03651. doi: 10.1016/j.heliyon.2020.e03651

Brand, A. H., and Perrimon, N. (1993). Targeted gene expression as a means of altering cell fates and generating dominant phenotypes. Rivojlanish 118, 401�.

Carpenter, A. T. C. (1975). Electron microscopy of meiosis in Drosophila melanogaster ayollar. Chromosoma 51, 157�. doi: 10.1007/BF00319833

Carter, W. O., Naraynan, P. K., and Robinson, J. P. (1994). Intracellular hydrogen peroxide and superoxide anion detection in endothelial cells. J. Leukok. Biol. 55, 253�. doi: 10.1002/jlb.55.2.253

Carvalho, K. F., Machado, T. S., Garcia, B. M., Zangirolamo, A. F., Macabelli, C. H., Sugiyama, F. H. C., et al. (2020). Mitofusin 1 is required for oocyte growth and communication with follicular somatic cells. FASEB J. 34, 7644�. doi: 10.1096/fj.201901761R

Chan, D. C. (2012). Fusion and fission: interlinked processes critical for mitochondrial health. Annu. Rev. Genet. 46, 265�. doi: 10.1146/annurev-genet-110410-132529

Cogliati, S., Frezza, C., Soriano, M. E., Varanita, T., Quintana-Cabrera, R., Corrado, M., et al. (2013). Mitochondrial cristae shape determines respiratory chain supercomplexes assembly and respiratory efficiency. Hujayra 155, 160�. doi: 10.1016/j.cell.2013.08.032

Cox R. T. and Spradling, A. C. (2003). A Balbiani body and the fusome mediate mitochondrial inheritance during Drosophila oogenesis. Rivojlanish 130, 1579�. doi: 10.1242/dev.00365

DeLuca, S. Z., and O⟺rrell, P. H. (2012). Barriers to male transmission of mitochondrial DNA in sperm development. Dev. Hujayra 22, 660�. doi: 10.1016/j.devcel.2011.12.021

Demarco, R., and Jones, D. L. (2019). Mitochondrial fission regulates germ cell differentiation by suppressing ROS-mediated activation of epidermal growth factor signaling in the Drosophila larval testis. Sci. Rep. 9:19695. doi: 10.1038/s41598-019-55728-0

Demarco, R., Uyemura, B. S., Dɺlterio, C., and Jones, D. L. (2019). Mitochondrial fusion regulates lipid homeostasis and stem cell maintenance in the Drosophila testis. Nat. Hujayra Biol. 21, 710�. doi: 10.1038/s41556-019-0332-3

Deng, Q., Guo, T., Zhou, X., Xi, Y., Yang, X., and Ge, W. (2016). Cross-talk between mitochondrial fusion and the hippo pathway in controlling cell proliferation during Drosophila rivojlanish. Genetika 203, 1777�. doi: 10.1534/genetics.115.186445

Fang, D., Yan, S., Yu, Q., Chen, D., and Yan, S. S. (2016). Mfn2 is required for mitochondrial development and synapse formation in human induced pluripotent stem cells/hiPSC derived cortical neurons. Sci. Rep. 6:31462. doi: 10.1038/srep31462

Folmes, C. D. L., and Terzic, A. (2016). Energy metabolism in the acquisition and maintenance of stemness. Semin. Cell Dev. Biol. 52, 68�. doi: 10.1016/j.semcdb.2016.02.010

Galloway, C. A., Lee, H., Nejjar, S., Jhun, B. S., Yu, T., Hsu, W., et al. (2012). Transgenic control of mitochondrial fission induces mitochondrial uncoupling and relieves diabetic oxidative stress. Qandli diabet 61, 2093�. doi: 10.2337/db11-1640

Gates, J., Nowotarski, S. H., Yin, H., Mahaffey, J. P., Bridges, T., Herrera, C., et al. (2009). Enabled and Capping protein play important roles in shaping cell behavior during Drosophila oogenesis. Dev. Biol. 333, 90�. doi: 10.1016/j.ydbio.2009.06.030

Homem, C. C. F., Steinmann, V., Burkard, T. R., Jais, A., Esterbauer, H., and Knoblich, J. A. (2014). Ecdysone and mediator change energy metabolism to terminate proliferation in Drosophila neural stem cells. Hujayra 158, 874�. doi: 10.1016/j.cell.2014.06.024

Hunter, M. V., Willoughby, P. M., Bruce, A. E. E., and Fernandez-Gonzalez, R. (2018). Oxidative stress orchestrates cell polarity to promote embryonic wound healing. Dev. Hujayra 47, 377�.e4. doi: 10.1016/j.devcel.2018.10.013

Iannetti, E. F., Prigione, A., Smeitink, J. A. M., Koopman, W. J. H., Beyrath, J., and Renkema, H. (2019). Live-imaging readouts and cell models for phenotypic profiling of mitochondrial function. Old. Genet. 10:131. doi: 10.3389/fgene.2019.00131

Ito, K., and Suda, T. (2014). Metabolic requirements for the maintenance of self-renewing stem cells. Nat. Ruhoniy Mol. Hujayra Biol. 15, 243�. doi: 10.1038/nrm3772

Kai, T., Williams, D., and Spradling, A. C. (2005). The expression profile of purified Drosophila germline ildiz hujayralari. Dev. Biol. 283, 486�. doi: 10.1016/j.ydbio.2005.04.018

Khacho, M., Clark, A., Svoboda, D. S., Azzi, J., MacLaurin, J. G., Meghaizel, C., et al. (2016). Mitochondrial dynamics impacts stem cell identity and fate decisions by regulating a nuclear transcriptional program. Hujayra Ildiz Hujayrasi 19, 232�. doi: 10.1016/j.stem.2016.04.015

Lieber, T., Jeedigunta, S. P., Palozzi, J. M., Lehmann, R., and Hurd, T. R. (2019). Mitochondrial fragmentation drives selective removal of deleterious mtDNA in the germline. Tabiat 570, 380�. doi: 10.1038/s41586-019-1213-4

Liesa, M., and Shirihai, O. S. (2013). Mitochondrial dynamics in the regulation of nutrient utilization and energy expenditure. Hujayra Metab. 17, 491�. doi: 10.1016/j.cmet.2013.03.002

Liu, Q., Kang, L., Wang, L., Zhang, L., and Xiang, W. (2016). Mitofusin 2 regulates the oocytes development and quality by modulating meiosis and mitochondrial function. Sci. Rep. 6:30561. doi: 10.1038/srep30561

Livak, K. J., and Schmittgen, T. D. (2001). Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2–Δ㥌T method. Usullari 25, 402�. doi: 10.1006/meth.2001.1262

Luchsinger, L. L., de Almeida, M. J., Corrigan, D. J., Mumau, M., and Snoeck, H.-W. (2016). Mitofusin 2 maintains haematopoietic stem cells with extensive lymphoid potential. Tabiat 529, 528�. doi: 10.1038/nature16500

Mahowald, A. P., and Strassheim, J. M. (1970). Intercellular migration of centrioles in the germarium of Drosophila melanogaster. An electron microscopic study. J. Cell Biol. 45, 306�. doi: 10.1083/jcb.45.2.306

Mishra, P., and Chan, D. C. (2016). Metabolic regulation of mitochondrial dynamics. J. Cell Biol. 212, 379�. doi: 10.1083/jcb.201511036

Nunnari, J., and Suomalainen, A. (2012). Mitochondria: in sickness and in health. Hujayra 148, 1145�. doi: 10.1016/j.cell.2012.02.035

Osterfield, M., Berg, C. A., and Shvartsman, S. Y. (2017). Epithelial patterning, morphogenesis, and evolution: Drosophila eggshell as a model. Dev. Hujayra 41, 337�. doi: 10.1016/j.devcel.2017.02.018

Pernas, L., and Scorrano, L. (2016). Mito-morphosis: mitochondrial fusion, fission, and cristae remodeling as key mediators of cellular function. Annu. Ruhoniy fiziol. 78, 505�. doi: 10.1146/annurev-physiol-021115-105011

Phillips, D., Aponte, A. M., French, S. A., Chess, D. J., and Balaban, R. S. (2009). Succinyl-CoA synthetase is a phosphate target for the activation of mitochondrial metabolism. Biokimyo 48, 7140�. doi: 10.1021/bi900725c

Picard, M., Wallace, D. C., and Burelle, Y. (2016). The rise of mitochondria in medicine. Mitoxondriya 30, 105�. doi: 10.1016/j.mito.2016.07.003

Ponte, S., Carvalho, L., Gagliardi, M., Campos, I., Oliveira, P. J., and Jacinto, A. (2020). Drp1-mediated mitochondrial fission regulates calcium and F-actin dynamics during wound healing. Biol. Ochiq 9:bio048629. doi: 10.1242/bio.048629

Prudent, J., Popgeorgiev, N., Gadet, R., Deygas, M., Rimokh, R., and Gillet, G. (2016). Mitochondrial Ca2+ uptake controls actin cytoskeleton dynamics during cell migration. Sci. Rep. 6:36570. doi: 10.1038/srep36570

Rafalski, V. A., Mancini, E., and Brunet, A. (2012). Energy metabolism and energy-sensing pathways in mammalian embryonic and adult stem cell fate. J. Hujayra fanlari. 125, 5597�. doi: 10.1242/jcs.114827

Rai, M., Katti, P., and Nongthomba, U. (2014). Drosophila Erect wing (Ewg) controls mitochondrial fusion during muscle growth and maintenance by regulation of the Opa1-like gene. J. Hujayra fanlari. 127, 191�. doi: 10.1242/jcs.135525

Rowe, L. A., Degtyareva, N., and Doetsch, P. W. (2008). DNA damage-induced reactive oxygen species (ROS) stress response in Saccharomyces cerevisiae. Erkin Radik. Biol. Med. 45, 1167�. doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2008.07.018

Sandoval, H., Yao, C.-K., Chen, K., Jaiswal, M., Donti, T., Lin, Y. Q., et al. (2014). Mitochondrial fusion but not fission regulates larval growth and synaptic development through steroid hormone production. Elife 3:e03558. doi: 10.7554/eLife.03558.023

Schägger, H. (2002). Respiratory chain supercomplexes of mitochondria and bacteria. Biochim. Biofizika. Acta Bioenerg. 1555, 154�. doi: 10.1016/S0005-2728(02)00271-2

Schindelin, J., Arganda-Carreras, I., Frise, E., Kaynig, V., Longair, M., Pietzsch, T., et al. (2012). Fiji: an open-source platform for biological-image analysis. Nat. Usullari 9, 676�. doi: 10.1038/nmeth.2019

Seo, B. J., Choi, J., La, H., Habib, O., Choi, Y., Hong, K., et al. (2020). Role of mitochondrial fission-related genes in mitochondrial morphology and energy metabolism in mouse embryonic stem cells. Redox Biol. 36:101599. doi: 10.1016/j.redox.2020.101599

Spurlock, B., Tullet, J., Hartman, J. L., and Mitra, K. (2020). Interplay of mitochondrial fission-fusion with cell cycle regulation: possible impacts on stem cell and organismal aging. Exp. Gerontol. 135:110919. doi: 10.1016/j.exger.2020.110919

Srinivas, U. S., Tan, B. W. Q., Vellayappan, B. A., and Jeyasekharan, A. D. (2019). ROS and the DNA damage response in cancer. Redox Biol. 25:101084. doi: 10.1016/j.redox.2018.101084

Teixeira, F. K., Sanchez, C. G., Hurd, T. R., Seifert, J. R. K., Czech, B., Preall, J. B., et al. (2015). ATP synthase promotes germ cell differentiation independent of oxidative phosphorylation. Nat. Hujayra Biol. 17, 689�. doi: 10.1038/ncb3165

Tretter, L., and Adam-Vizi, V. (2000). Inhibition of krebs cycle enzymes by hydrogen peroxide: a key role of α-ketoglutarate dehydrogenase in limiting NADH production under oxidative stress. J. Neurosci. 20, 8972�. doi: 10.1523/JNEUROSCI.20-24-08972.2000

Trevisan, T., Pendin, D., Montagna, A., Bova, S., Ghelli, A. M., and Daga, A. (2018). Manipulation of mitochondria dynamics reveals separate roles for form and function in mitochondria distribution. Hujayra vakili. 23, 1742�. doi: 10.1016/j.celrep.2018.04.017

Tsogtbaatar, E., Landin, C., Minter-Dykhouse, K., and Folmes, C. D. L. (2020). Energy metabolism regulates stem cell pluripotency. Old. Cell Dev. Biol. 8:87. doi: 10.3389/fcell.2020.00087

Udagawa, O., Ishihara, T., Maeda, M., Matsunaga, Y., Tsukamoto, S., Kawano, N., et al. (2014). Mitochondrial fission factor Drp1 maintains oocyte quality via dynamic rearrangement of multiple organelles. Curr. Biol. 24, 2451�. doi: 10.1016/j.cub.2014.08.060

Varuzhanyan, G., Rojansky, R., Sweredoski, M. J., Graham, R. L. J., Hess, S., Ladinsky, M. S., et al. (2019). Mitochondrial fusion is required for spermatogonial differentiation and meiosis. Elife 8:e51601. doi: 10.7554/eLife.51601

Vazquez-Martin, A., Cufí, S., Corominas-Faja, B., Oliveras-Ferraros, C., Vellon, L., and Menendez, J. A. (2012). Mitochondrial fusion by pharmacological manipulation impedes somatic cell reprogramming to pluripotency: new insight into the role of mitophagy in cell stemness. Qarish 4, 393�. doi: 10.18632/aging.100465

Wang, Z.-H., Clark, C., and Geisbrecht, E. R. (2016). Drosophila clueless is involved in Parkin-dependent mitophagy by promoting VCP-mediated Marf degradation. Hum. Mol. Genet. 25, 1946�. doi: 10.1093/hmg/ddw067

Wang, Z.-H., Liu, Y., Chaitankar, V., Pirooznia, M., and Xu, H. (2019). Electron transport chain biogenesis activated by a JNK-insulin-Myc relay primes mitochondrial inheritance in Drosophila. Elife 8:e49309. doi: 10.7554/eLife.49309.043

Xu, S., and Chisholm, A. D. (2014). C. elegans epidermal wounding induces a mitochondrial ROS burst that promotes wound repair. Dev. Hujayra 31, 48�. doi: 10.1016/j.devcel.2014.08.002

Zhang, H., Menzies, K. J., and Auwerx, J. (2018). The role of mitochondria in stem cell fate and aging. Rivojlanish 145:dev143420. doi: 10.1242/dev.143420

Zhang, J., Khvorostov, I., Hong, J. S., Oktay, Y., Vergnes, L., Nuebel, E., et al. (2011). UCP2 regulates energy metabolism and differentiation potential of human pluripotent stem cells. EMBO J. 30, 4860�. doi: 10.1038/emboj.2011.401

Zhang, Y., Wang, Z.-H., Liu, Y., Chen, Y., Sun, N., Gucek, M., et al. (2019). PINK1 inhibits local protein synthesis to limit transmission of deleterious mitochondrial DNA mutations. Mol. Hujayra 73, 1127�.e5. doi: 10.1016/j.molcel.2019.01.013

Keywords: mitochondrial dynamics, germ stem cell, oxidative phosphorylation, differentiation, oogenesis, fertility, Drosophila melanogaster

Citation: Garcez M, Branco-Santos J, Gracio PC and Homem CCF (2021) Mitochondrial Dynamics in the Drosophila Ovary Regulates Germ Stem Cell Number, Cell Fate, and Female Fertility. Old. Cell Dev. Biol. 8:596819. doi: 10.3389/fcell.2020.596819

Received: 20 August 2020 Accepted: 30 November 2020
Published: 28 January 2021.

Susana Solá, University of Lisbon, Portugal

Yuan Wang, Michigan State University, United States
Maria Fernanda Forni, Yale University, United States

Copyright © 2021 Garcez, Branco-Santos, Gracio and Homem. Bu Creative Commons Attribution License (CC BY) shartlariga muvofiq tarqatilgan ochiq maqola. Qabul qilingan akademik amaliyotga muvofiq, asl muallif(lar) va mualliflik huquqi egasi(lar)i hisoblangan va ushbu jurnaldagi asl nashrga iqtibos keltirilsa, boshqa forumlarda foydalanish, tarqatish yoki ko'paytirishga ruxsat beriladi. Ushbu shartlarga mos kelmaydigan foydalanish, tarqatish yoki ko'paytirishga ruxsat berilmaydi.