Горизонтальный перенос митохондрий - Horizontal transfer of mitochondria

Горизонтальный перенос митохондрий движение целого митохондрии и митохондриальная ДНК между ячейками. Митохондрии донорских клеток транспортируются и включаются в эндогенный митохондриальная сеть реципиентных клеток, вносящая вклад в изменения биоэнергетического профиля и других функциональных свойств реципиентных клеток.[1] Горизонтальный перенос митохондрий и митохондриального генома от клетки к клетке может происходить среди клеток млекопитающих. in vitro и in vivo.[2] Перенос митохондрий поддерживает экзогенную замену поврежденных митохондрий, тем самым спасая митохондриальные дефекты.[3][4] Стволовые клетки, иммортализованные клетки или первичные клетки обычно используются в качестве доноров митохондрий в большинстве исследований.[2] Эти клетки могут переносить митохондрии в окружающие клетки в своей нише, влияя, таким образом, на дифференцировку, пролиферацию, гомеостаз тканей, развитие и старение.[1]

Механизм

Горизонтальный перенос митохондрий опосредуется выступами мембран, богатых актином, которые называются туннельные нанотрубки (ТНТ).[5] Создание нанотрубки начинается с образования филоподий-подобного выступа мембраны, который втягивается после достижения клетки-реципиента, оставляя ультратонкую структуру, которая отделена от субстрата.[1] Химические ингибиторы или механический стресс нарушают образование TNT и снижают митохондриальный обмен.[1][6] С другой стороны, некоторые типы стрессорных агентов, такие как доксорубицин[7] или бромид этидия [8] увеличивают образование TNT. Другие предполагаемые механизмы переноса включают мембранные микровезикулы, слияние клеток или вытеснение митохондрий.[1]

В пробирке передача

Первое свидетельство функционального переноса митохондрий in vitro был зарегистрирован между человеческими мезенхимальными стволовыми клетками (hMSC) и клетками карциномы легких человека. Здоровые митохондрии из hMSC переместились в клетки карциномы легкого-реципиента с нефункциональными митохондриями и восстановили их функцию.[9] Документально подтвержден межклеточный перенос митохондрий в культуре от МСК и эндотелиальных клеток к линиям клеток рака груди, линиям клеток рака яичников или к линии клеток остеосаркомы.[10] Перенос митохондрий может происходить также между раковыми клетками, такими как мезотелиома.[11] и клетки карциномы гортани.[12] Было показано, что неопухолевые клетки, такие как эпителиальные клетки почек человека, пигментные эпителиальные клетки сетчатки человека или полученные из моноцитов макрофаги человека, также переносят свои митохондрии.[13] Все эти данные предполагают, что это явление, независимо от конкретных механизмов, может быть фундаментальным физиологическим процессом, который стоит изучать в условиях целостного организма.

В естественных условиях передача

Одно из первых свидетельств in vivo горизонтальный перенос митохондриального гена был обнаружен в трансмиссивная венерическая опухоль собак (CTVT), высокоадаптированный рак, передающийся при вязке одичавших собак. Филогенетический анализ митохондриальных последовательностей показал, что клетки CTVT периодически приобретают митохондрии от своего хозяина и обеспечивают преодоление высокой скорости мутаций, которые будут способствовать накоплению вредных мутаций в их собственных митохондриях и долгосрочному выживанию.[14] Перенос интактных митохондрий может способствовать восстановлению тканей in vivo. Стволовые клетки костного мозга (BMSC), введенные мышам с острым повреждением легких, переносят свои митохондрии в клетки альвеол легких и защищают их от повреждений.[15] Сверхэкспрессия Miro1, белка, соединяющего митохондрии с моторными белками цитоскелета, приводит к усиленному переносу митохондрий из МСК в стрессовые эпителиальные клетки через TNT у мышей.[16] В естественных условиях горизонтальный перенос митохондрий может происходить в раковых клетках, которые при повреждении митохондрий приобретают мтДНК из окружающих здоровых донорских клеток. Этот процесс восстанавливает транскрипцию и трансляцию генов, кодируемых мтДНК, а также дыхание.[17]

Рекомендации

  1. ^ а б c d е Torralba, D .; Baixauli, F .; Санчес-Мадрид, Ф. (2016). «Митохондрии не знают границ: механизмы и функции межклеточного митохондриального переноса». Границы клеточной биологии и биологии развития. 4 (107). Дои:10.3389 / fcell.2016.00107. ЧВК  5039171. PMID  27734015.
  2. ^ а б Berridge, M.V; МакКоннелл, М.Дж .; Grasso, C .; Байзикова, М .; Коварова, J .; Neuzil, J. (2016). «Горизонтальный перенос митохондрий между клетками млекопитающих: за пределами подходов совместного культивирования». Текущее мнение в области генетики и развития. 38: 75–82. Дои:10.1016 / j.gde.2016.04.003. PMID  27219870.
  3. ^ Патананан, A.N; Wu, T.H .; Chiou, P.Y .; Тейтелл, М.А. (2016). «Модификация митохондриального генома». Клеточный метаболизм. 23 (5): 785–796. Дои:10.1016 / j.cmet.2016.04.004. ЧВК  4864607.
  4. ^ Hayakawa, K .; Эспозито, Э .; Ван, X .; Terasaki, Y .; Liu, Y .; Xing, Ch .; Ji, X .; Ло, Э. (2016). «Перенос митохондрий от астроцитов к нейронам после инсульта». Природа. 535 (7613): 551–555. Bibcode:2016Натура.535..551H. Дои:10.1038 / природа18928. ЧВК  4968589. PMID  27466127.
  5. ^ Rustom, A .; Saffrich, R .; Маркович, I .; Walther, P .; Гердес, Х.Х. (2004). «Нанотубулярные магистрали для межклеточного транспорта органелл». Наука. 303 (5660): 1007–1010. Bibcode:2004Научный ... 303.1007R. Дои:10.1126 / science.1093133. PMID  14963329.
  6. ^ Букорештлиев, Н.В .; Ван, X .; Hodneland, E .; Gurke, S .; Barroso, J.F.V .; Гердес, Х.Х. (2009). «Селективный блок образования туннельных нанотрубок (TNT) подавляет межклеточный перенос органелл между клетками PC12». Письма FEBS. 583 (9): 1481–1488. Дои:10.1016 / j.febslet.2009.03.065. PMID  19345217.
  7. ^ Ясуда, К .; Park, H.Ch .; Ratliff, B .; Аддаббо, Ф .; Hatzopoulos, A.K .; Chander, P .; Голигорский, М. (2010). «Адриамициновая нефропатия». Американский журнал патологии. 176 (4): 1685–1695. Дои:10.2353 / ajpath.2010.091071. ЧВК  2843460. PMID  20167859.
  8. ^ Чо, Ю.М .; Kim, J.H .; Kim, M .; Парк, С.Дж .; Koh, S.H .; Ahn, H.S .; Канг, G.H .; Ли, J.B; Парк, К. С .; Ли, Х.К .; Моран, М. (2012). «Мезенхимальные стволовые клетки переносят митохондрии в клетки, практически не выполняющие митохондриальную функцию, но не с патогенными мутациями мтДНК». PLoS ONE. 7 (3): e32778. Bibcode:2012PLoSO ... 732778C. Дои:10.1371 / journal.pone.0032778. PMID  22412925.
  9. ^ Spees, J.L; Олсон, С.Д .; Уитни, M.J; Прокоп, Д. Дж. (2006). «Перенос митохондрий между клетками может спасти аэробное дыхание». Proc Natl Acad Sci USA. 103 (5): 1283–1288. Bibcode:2006ПНАС..103.1283С. Дои:10.1073 / pnas.0510511103. PMID  16432190.
  10. ^ Neuzil, J .; Dong, L .; Берридж, М. (2015). «Митохондриальная ДНК в инициации, прогрессии и метастазировании опухолей: роль горизонтального переноса мтДНК». Исследования рака. 75 (16): 3203–3208. Дои:10.1158 / 0008-5472.CAN-15-0859. ISSN  0008-5472.
  11. ^ Lou, E .; Fujisawa, S .; Морозов, А .; Barlas, A .; Romin, Y .; Dogan, Y .; Gholami, S .; Moreira, A.L .; Манова-Тодорова, К .; Мур, М. А. С .; Ян П.Ч. (2012). «Туннельные нанотрубки обеспечивают уникальный канал для межклеточного переноса клеточного содержимого при злокачественной мезотелиоме плевры человека». PLoS ONE. 7 (3): e33093. Bibcode:2012PLoSO ... 733093L. Дои:10.1371 / journal.pone.0033093.
  12. ^ Антанавичюте, И .; Rysevaitė, K .; Люткявичюс, В .; Марандыкина, А .; Римкуте, Л .; Sveikatienė, R .; Улоза, В .; Skeberdis, V .; Сцены, Э. (2014). «Дистанционная связь между клетками карциномы гортани». PLoS ONE. 9 (6): e99196. Bibcode:2014PLoSO ... 999196A. Дои:10.1371 / journal.pone.0099196.
  13. ^ Caicedo, A .; Апонте, П.М.; Cabrera, F .; Hidalgo, C .; Хури, М. (2017). «Искусственный перенос митохондрий: современные вызовы, достижения и будущие применения». Stem Cells International. 2017: 1–23. Дои:10.1155/2017/7610414.
  14. ^ Реббек, CA; Leroi, A.M; Берт, А. (2011). «Митохондриальный захват трансмиссивным раком». Наука. 331 (6015): 303. Bibcode:2011Научный ... 331..303R. Дои:10.1126 / science.1197696. PMID  21252340.
  15. ^ Ислам, M.N .; Das, S.R; Эмин, М.Т .; Wei, M .; Вс, л .; Westphalen, K .; Роулендс, Д.Дж .; Quadri, S.K; Bhattacharya, S .; Бхаттачарья, Дж. (2012). «Перенос митохондрий из стромальных клеток костного мозга в легочные альвеолы ​​защищает от острого повреждения легких». Природа Медицина. 18 (5): 759–765. Дои:10,1038 / нм 2736. ЧВК  3727429. PMID  22504485.
  16. ^ Ахмад, Т .; Mukherjee, S .; Pattnaik, B .; Кумар, М .; Singh, S .; Кумар, М .; и другие. (2014). «Miro1 регулирует межклеточный транспорт митохондрий и повышает эффективность спасения мезенхимальных стволовых клеток». EMBO J. 33 (9): 994–1010. Дои:10.1002 / embj.201386030. ЧВК  4193933. PMID  24431222.
  17. ^ Tan, A.S; Батый, J.W; Донг, Л.Ф .; Bezawork-Geleta, A .; Эндая, Б .; Goodwin, J .; Байзикова, М .; Коварова, J .; Петерка, М .; Ян, Б .; Песдар, Э.А.; Соболь, М .; Филимоненко, А .; Стюарт, S .; Вондрусова, М .; Ключова, К .; Sachaphibulkij, K .; Rohlena, J .; Hozak, P .; Truksa, J .; Eccles, D .; Haupt, L.M; Гриффитс, Л. Р.; Neuzil, J .; Берридж, М.В. (2015). «Приобретение митохондриального генома восстанавливает респираторную функцию и канцерогенный потенциал раковых клеток без митохондриальной ДНК». Клеточный метаболизм. 21 (1): 81–91. Дои:10.1016 / j.cmet.2014.12.003. PMID  25565207.