Horizontální přenos mitochondrií - Horizontal transfer of mitochondria - Wikipedia

Horizontální přenos mitochondrií je pohyb celku mitochondrie a mitochondriální DNA mezi buňkami. Mitochondrie z dárcovských buněk jsou transportovány a inkorporovány do endogenní mitochondriální síť buněk příjemce, která přispívá ke změnám v bioenergetickém profilu a v dalších funkčních vlastnostech buněk příjemce.[1] Mezi buňkami savců může nastat horizontální přenos mitochondrií a mitochondriálního genomu z buňky do buňky. in vitro a in vivo.[2] Mitochondriální přenos podporuje exogenní náhradu poškozených mitochondrií, čímž zachraňuje mitochondriální defekty.[3][4] Kmenové buňky, imortalizované buňky nebo primární buňky se obvykle používají jako mitochondriální dárci ve většině studií.[2] Tyto buňky mohou přenášet mitochondrie do okolních buněk v jejich výklenku, což ovlivňuje buněčnou diferenciaci, proliferaci, homeostázu tkání, vývoj a stárnutí.[1]

Mechanismus

Horizontální přenos mitochondrií je zprostředkován pojmenovanými membránovými výčnělky bohatými na aktin tunelování nanotrubiček (TNT).[5] Zavedení nanotrubice začíná vytvořením výčnělku membrány podobného filopodiu, který se po dosažení buňky příjemce zasune a zanechá ultrajemnou strukturu, která je oddělena od substrátu.[1] Chemické inhibitory nebo mechanické namáhání zhoršuje tvorbu TNT a omezuje mitochondriální výměnu.[1][6] Na druhou stranu určité typy stresových látek, jako je doxorubicin[7] nebo ethidiumbromid [8] zvýšit tvorbu TNT. Další navrhované mechanismy přenosu zahrnují membránové mikrovezikuly, buněčnou fúzi nebo mitochondriální vytlačování.[1]

In vitro převod

První důkaz funkčního mitochondriálního přenosu in vitro byl dokumentován mezi lidskými mezenchymálními kmenovými buňkami (hMSC) a buňkami lidského karcinomu plic. Zdravé mitochondrie z hMSC se přesunuly do buněk karcinomu plic příjemce s nefunkčními mitochondriemi a opravily jejich funkci.[9] Byl dokumentován mezibuněčný přenos mitochondrií v kultuře z MSC a endoteliálních buněk do buněčných linií rakoviny prsu, buněčných linií rakoviny vaječníků nebo do buněčné linie osteosarkomu.[10] Mitochondriální přenos může nastat také mezi rakovinnými buňkami, jako je mezoteliom[11] a buňky karcinomu hrtanu.[12] Bylo prokázáno, že jejich mitochondrie přenášejí také nenádorové buňky, jako jsou lidské renální epiteliální buňky, lidské retinální pigmentové epiteliální buňky nebo makrofágy odvozené od lidských monocytů.[13] Všechna tato data naznačují, že tento jev, bez ohledu na přesné použité mechanismy, může být základním fyziologickým procesem, který se vyplatí prozkoumat v celém organismu.

In vivo převod

Jeden z prvních důkazů o in vivo horizontální přenos mitochondriálních genů byl nalezen v a přenosný psí pohlavní nádor (CTVT), vysoce adaptovaná rakovina přenášená během páření divokých psů. Fylogenetické analýzy mitochondriálních sekvencí odhalily, že buňky CTVT periodicky získávají mitochondrie od svého hostitele a zajišťují překonání vysoké rychlosti mutací, která by podporovala akumulaci škodlivých mutací v jejich vlastních mitochondriích a dlouhodobé přežití.[14] Přenos intaktních mitochondrií může přispět k opravě tkáně in vivo. Kmenové buňky odvozené z kostní dřeně (BMSC) injikované myším s akutním poškozením plic přenášejí své mitochondrie do buněk plicních alveol a chrání je před poškozením.[15] Nadměrná exprese Miro1, proteinu spojujícího mitochondrie s cytoskeletálními motorickými proteiny, vede ke zvýšenému přenosu mitochondrií z MSC do stresovaných epiteliálních buněk prostřednictvím TNT u myší.[16] In vivo horizontální přenos mitochondrií může nastat v rakovinných buňkách, které při mitochondriálním poškození získávají mtDNA z okolních zdravých buněk dárce. Tento proces obnovuje transkripci a translaci genů kódovaných mtDNA i dýchání.[17]

Reference

  1. ^ A b C d E Torralba, D .; Baixauli, F .; Sánchez-Madrid, F. (2016). "Mitochondrie neznají hranice: Mechanismy a funkce mezibuněčného mitochondriálního přenosu". Hranice v buněčné a vývojové biologii. 4 (107). doi:10.3389 / fcell.2016.00107. PMC  5039171. PMID  27734015.
  2. ^ A b Berridge, M.V .; McConnell, M. J.; Grasso, C .; Bajžíková, M .; Kovářská, J .; Neuzil, J. (2016). „Horizontální přenos mitochondrií mezi savčími buňkami: nad rámec společných kultur“. Aktuální názor na genetiku a vývoj. 38: 75–82. doi:10.1016 / j.gde.2016.04.003. PMID  27219870.
  3. ^ Patananan, A.N; Wu, T.H .; Chiou, P.Y .; Teitell, M. A. (2016). „Úprava mitochondriálního genomu“. Buněčný metabolismus. 23 (5): 785–796. doi:10.1016 / j.cmet.2016.04.004. PMC  4864607.
  4. ^ Hayakawa, K .; Esposito, E .; Wang, X .; Terasaki, Y .; Liu, Y .; Xing, Ch .; Ji, X .; Lo, E.H. (2016). „Přenos mitochondrií z astrocytů do neuronů po cévní mozkové příhodě“. Příroda. 535 (7613): 551–555. Bibcode:2016Natur.535..551H. doi:10.1038 / příroda18928. PMC  4968589. PMID  27466127.
  5. ^ Rustom, A .; Saffrich, R .; Markovic, I .; Walther, P .; Gerdes, H.H (2004). "Nanotubulární dálnice pro mezibuněčný transport organel". Věda. 303 (5660): 1007–1010. Bibcode:2004Sci ... 303.1007R. doi:10.1126 / science.1093133. PMID  14963329.
  6. ^ Bukoreshtliev, N.V .; Wang, X .; Hodneland, E .; Gurke, S .; Barroso, J.F.V .; Gerdes, H.H (2009). "Selektivní blok tvorby tunelových nanotrubiček (TNT) inhibuje mezibuněčný přenos organel mezi buňkami PC12". FEBS Dopisy. 583 (9): 1481–1488. doi:10.1016 / j.febslet.2009.03.065. PMID  19345217.
  7. ^ Yasuda, K .; Park, H.Ch .; Ratliff, B .; Addabbo, F .; Hatzopoulos, A.K .; Chander, P .; Goligorsky, M.S. (2010). "Adriamycinová nefropatie". American Journal of Pathology. 176 (4): 1685–1695. doi:10.2353 / ajpath.2010.091071. PMC  2843460. PMID  20167859.
  8. ^ Cho, Y.M .; Kim, J.H .; Kim, M .; Park, S.J .; Koh, S.H .; Ahn, H.S .; Kang, G.H .; Lee, J.B; Park, KS; Lee, H. K.; Moran, M. (2012). „Mesenchymální kmenové buňky přenášejí mitochondrie do buněk s prakticky žádnou mitochondriální funkcí, ale nikoli s patogenními mutacemi mtDNA“. PLOS ONE. 7 (3): e32778. Bibcode:2012PLoSO ... 732778C. doi:10.1371 / journal.pone.0032778. PMID  22412925.
  9. ^ Spees, J. L.; Olson, S.D; Whitney, M. J.; Prockop, D.J (2006). „Mitochondriální přenos mezi buňkami může zachránit aerobní dýchání“. Proc Natl Acad Sci USA. 103 (5): 1283–1288. Bibcode:2006PNAS..103.1283S. doi:10.1073 / pnas.0510511103. PMID  16432190.
  10. ^ Neuzil, J .; Dong, L .; Berridge, M.V. (2015). „Mitochondriální DNA v iniciaci, progresi a metastázování tumoru: role horizontálního přenosu mtDNA“. Výzkum rakoviny. 75 (16): 3203–3208. doi:10.1158 / 0008-5472.CAN-15-0859. ISSN  0008-5472.
  11. ^ Lou, E .; Fujisawa, S .; Morozov, A .; Barlas, A .; Romin, Y .; Dogan, Y .; Gholami, S .; Moreira, A.L .; Manova-Todorova, K .; Moore, M. A. S .; Yang, P.CH (2012). „Tunelovací nanotrubice poskytují jedinečný kanál pro mezibuněčný přenos buněčného obsahu v lidském maligním pleurálním mezoteliomu“. PLOS ONE. 7 (3): e33093. Bibcode:2012PLoSO ... 733093L. doi:10.1371 / journal.pone.0033093.
  12. ^ Antanavičiūtė, I .; Rysevaitė, K .; Liutkevičius, V .; Marandykina, A .; Rimkutė, L .; Sveikatienė, R .; Uloza, V .; Skeberdis, V .; Scemes, E. (2014). „Dálková komunikace mezi buňkami karcinomu hrtanu“. PLOS ONE. 9 (6): e99196. Bibcode:2014PLoSO ... 999196A. doi:10.1371 / journal.pone.0099196.
  13. ^ Caicedo, A .; Aponte, P.M .; Cabrera, F .; Hidalgo, C .; Khoury, M. (2017). „Umělý přenos mitochondrií: aktuální výzvy, pokroky a budoucí aplikace“. Kmenové buňky mezinárodní. 2017: 1–23. doi:10.1155/2017/7610414.
  14. ^ Rebbeck, C.A.; Leroi, A.M .; Burt, A. (2011). "Mitochondriální záchyt přenosnou rakovinou". Věda. 331 (6015): 303. Bibcode:2011Sci ... 331..303R. doi:10.1126 / science.1197696. PMID  21252340.
  15. ^ Islam, M.N; Das, S.R; Emin, M.T; Wei, M .; Sun, L .; Westphalen, K .; Rowlands, D.J .; Quadri, S.K; Bhattacharya, S .; Bhattacharya, J. (2012). „Mitochondriální přenos ze stromálních buněk z kostní dřeně do plicních alveol chrání před akutním poškozením plic“. Přírodní medicína. 18 (5): 759–765. doi:10,1038 / nm. 2736. PMC  3727429. PMID  22504485.
  16. ^ Ahmad, T .; Mukherjee, S .; Pattnaik, B .; Kumar, M .; Singh, S .; Kumar, M .; et al. (2014). „Miro1 reguluje mezibuněčný mitochondriální transport a zvyšuje účinnost záchrany mezenchymálních kmenových buněk“. EMBO J.. 33 (9): 994–1010. doi:10.1002 / embj.201386030. PMC  4193933. PMID  24431222.
  17. ^ Tan, A.S .; Baty, J.W .; Dong, L.F; Bezawork-Geleta, A .; Endaya, B .; Goodwin, J .; Bajžíková, M .; Kovářská, J .; Peterka, M .; Yan, B .; Pesdar, E.A.; Sobol, M .; Filimonenko, A .; Stuart, S .; Vondrusova, M .; Klučková, K .; Sachaphibulkij, K .; Rohlena, J .; Hozak, P .; Truksa, J .; Eccles, D .; Haupt, L.M .; Griffiths, L.R; Neuzil, J .; Berridge, M.V. (2015). „Získávání mitochondriálního genomu obnovuje respirační funkce a tumorigenní potenciál rakovinných buněk bez mitochondriální DNA“. Buněčný metabolismus. 21 (1): 81–91. doi:10.1016 / j.cmet.2014.12.003. PMID  25565207.