ข้อมูล

23.1D: วิวัฒนาการของไมโตคอนเดรีย - ชีววิทยา

23.1D: วิวัฒนาการของไมโตคอนเดรีย - ชีววิทยา



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.

ไมโตคอนเดรียเป็นออร์แกเนลล์ที่สร้างพลังงาน ซึ่งเชื่อกันว่าครั้งหนึ่งเคยเป็นอัลฟาโปรตีโอแบคทีเรียมที่มีชีวิตอิสระ

วัตถุประสงค์การเรียนรู้

  • อธิบายความสัมพันธ์ระหว่างเอนโดซิมไบโอซิสและไมโทคอนเดรียกับวิวัฒนาการของยูคาริโอต

ประเด็นสำคัญ

  • เซลล์ยูคาริโอตมีไมโตคอนเดรียในปริมาณที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับความต้องการพลังงานของเซลล์
  • ไมโตคอนเดรียมีคุณสมบัติหลายอย่างที่บ่งชี้ว่าพวกมันเคยเป็นสิ่งมีชีวิตอิสระ ซึ่งรวมถึง DNA ของพวกมันเอง การแบ่งตัวที่ไม่ขึ้นกับเซลล์ และลักษณะทางกายภาพที่คล้ายกับอัลฟาโปรตีโอแบคทีเรีย
  • ยีนยลบางตัวถูกถ่ายโอนไปยังจีโนมนิวเคลียร์เมื่อเวลาผ่านไป แต่ไมโตคอนเดรียยังคงรักษาสารพันธุกรรมบางอย่างไว้ด้วยเหตุผลที่ไม่เข้าใจอย่างสมบูรณ์
  • การถ่ายโอนยีนตามสมมุติฐานจากไมโตคอนเดรียไปยังนิวเคลียสของเซลล์เจ้าบ้านน่าจะอธิบายได้ว่าทำไมไมโตคอนเดรียจึงไม่สามารถอยู่รอดได้นอกเซลล์เจ้าบ้าน

คำสำคัญ

  • คริสต้า: cristae ( crista เอกพจน์) เป็นช่องภายในที่เกิดจากเยื่อหุ้มชั้นในของไมโตคอนเดรีย
  • แวคิวโอล: ช่องขนาดใหญ่ที่ผูกกับเมมเบรนและเต็มไปด้วยของเหลวในไซโตพลาสซึมของเซลล์
  • เอนโดซิมไบโอซิส: เมื่อนำสายพันธุ์ทางชีวภาพหนึ่งชนิดเข้าไปในไซโทพลาสซึมของสิ่งมีชีวิตชนิดเดียวกันอีกชนิดหนึ่งและทั้งสองชนิดกลายเป็นเอนโดซิมไบโอติก

ความสัมพันธ์ระหว่างเอนโดซิมไบโอซิสกับไมโตคอนเดรีย

ลักษณะเด่นประการหนึ่งที่ทำให้โปรคาริโอตแตกต่างจากยูคาริโอตคือการมีไมโตคอนเดรีย เซลล์ยูคาริโอตมีไมโตคอนเดรียตั้งแต่หนึ่งถึงหลายพันตัว ขึ้นอยู่กับระดับการใช้พลังงานของเซลล์ ไมโตคอนเดรียแต่ละตัววัดความยาวได้ระหว่าง 1 ถึง 10 µm และมีอยู่ในเซลล์เป็นออร์แกเนลล์ที่สามารถเป็นรูปวงรี เป็นรูปหนอน หรือแตกแขนงอย่างประณีต ไมโตคอนเดรียเกิดจากการแบ่งตัวของไมโตคอนเดรียที่มีอยู่ อาจหลอมรวมกันได้ พวกมันเคลื่อนที่ไปรอบ ๆ ภายในเซลล์โดยปฏิสัมพันธ์กับโครงร่างโครงร่าง อย่างไรก็ตาม ไมโตคอนเดรียไม่สามารถอยู่รอดได้นอกเซลล์ เมื่อปริมาณออกซิเจนเพิ่มขึ้นในบรรยากาศเมื่อหลายพันล้านปีก่อน และเมื่อแอโรบิกโปรคาริโอตพัฒนาขึ้น หลักฐานบ่งชี้ว่าเซลล์บรรพบุรุษที่มีการแบ่งส่วนของเมมเบรนบางส่วนจะกลืนกินโปรคาริโอตแอโรบิกที่มีชีวิตอิสระ โดยเฉพาะอัลฟา-โปรตีโอแบคทีเรียม จึงทำให้เซลล์เจ้าบ้าน ความสามารถในการใช้ออกซิเจนเพื่อปล่อยพลังงานที่สะสมอยู่ในสารอาหาร Alpha-proteobacteria เป็นแบคทีเรียกลุ่มใหญ่ที่รวมสปีชีส์ที่พึ่งพาอาศัยกับพืช สิ่งมีชีวิตที่เป็นโรคที่สามารถแพร่เชื้อสู่มนุษย์ผ่านเห็บ และสปีชีส์ที่มีชีวิตอิสระจำนวนมากที่ใช้แสงเป็นพลังงาน หลักฐานหลายบรรทัดสนับสนุนการได้มาของไมโตคอนเดรียจากเหตุการณ์เอนโดซิมไบโอติกนี้ ไมโตคอนเดรียส่วนใหญ่มีรูปร่างเหมือนอัลฟาโปรตีโอแบคทีเรียและล้อมรอบด้วยเยื่อหุ้มสองแผ่น ซึ่งจะส่งผลให้สิ่งมีชีวิตที่จับกับเมมเบรนดูดกลืนอีกตัวหนึ่งเข้าไปในแวคิวโอล เยื่อหุ้มชั้นในของไมโทคอนเดรียเกี่ยวข้องกับอินโฟลลิ่งจำนวนมากที่เรียกว่าคริสเตซึ่งคล้ายกับพื้นผิวด้านนอกของอัลฟาโปรตีโอแบคทีเรีย เมทริกซ์และเยื่อหุ้มชั้นในอุดมไปด้วยเอนไซม์ที่จำเป็นสำหรับการหายใจแบบใช้ออกซิเจน

ไมโทคอนเดรียแบ่งอย่างอิสระด้วยกระบวนการที่คล้ายกับฟิชชันแบบไบนารีในโปรคาริโอต โดยเฉพาะไมโทคอนเดรียไม่ก่อตัวขึ้น เดอโนโว โดยเซลล์ยูคาริโอต พวกมันสืบพันธุ์ภายในเซลล์และกระจายระหว่างสองเซลล์เมื่อเซลล์แบ่งตัว ดังนั้นแม้ว่าออร์แกเนลล์เหล่านี้จะถูกรวมเข้ากับเซลล์ยูคาริโอตอย่างมาก พวกมันยังคงสืบพันธุ์ราวกับว่าพวกมันเป็นสิ่งมีชีวิตอิสระภายในเซลล์ อย่างไรก็ตาม การสืบพันธุ์ของพวกมันจะถูกซิงโครไนซ์กับกิจกรรมและการแบ่งเซลล์ ไมโตคอนเดรียมีโครโมโซม DNA ทรงกลมของตัวเองที่เสถียรโดยยึดติดกับเยื่อหุ้มชั้นในและมียีนที่คล้ายกับยีนที่แสดงออกโดยอัลฟาโปรตีโอแบคทีเรีย ไมโทคอนเดรียยังมีไรโบโซมพิเศษและถ่ายโอน RNA ที่คล้ายกับส่วนประกอบเหล่านี้ในโปรคาริโอต คุณสมบัติเหล่านี้สนับสนุนทั้งหมดที่ไมโตคอนเดรียเคยเป็นโปรคาริโอตที่มีชีวิตอิสระ

ยีนยล

ไมโทคอนเดรียที่ทำการหายใจแบบใช้ออกซิเจนมีจีโนมของตัวเอง โดยมียีนที่คล้ายคลึงกับยีนในอัลฟาโปรตีโอแบคทีเรีย อย่างไรก็ตาม ยีนจำนวนมากสำหรับโปรตีนทางเดินหายใจนั้นอยู่ในนิวเคลียส เมื่อเปรียบเทียบกับยีนเหล่านี้กับสิ่งมีชีวิตอื่น ยีนเหล่านี้มีต้นกำเนิดจากอัลฟาโปรตีโอแบคทีเรีย นอกจากนี้ ในกลุ่มยูคาริโอตบางกลุ่ม ยีนดังกล่าวจะพบในไมโทคอนเดรีย ในขณะที่กลุ่มอื่นๆ จะพบในนิวเคลียส สิ่งนี้ได้รับการตีความว่าเป็นหลักฐานว่ายีนได้รับการถ่ายทอดจากโครโมโซมเอนโดซิมบิออนไปยังจีโนมของโฮสต์ การสูญเสียยีนโดยเอนโดซิมบิออนต์นี้น่าจะเป็นคำอธิบายว่าทำไมไมโตคอนเดรียจึงไม่สามารถอยู่ได้หากไม่มีโฮสต์

แม้จะมีการถ่ายโอนยีนระหว่างไมโตคอนเดรียและนิวเคลียส แต่ไมโตคอนเดรียยังคงรักษาสารพันธุกรรมอิสระไว้ได้มาก คำอธิบายที่เป็นไปได้ประการหนึ่งสำหรับไมโตคอนเดรียที่คงการควบคุมยีนบางตัวไว้คือ การขนส่งโปรตีนที่ไม่ชอบน้ำผ่านเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียอาจเป็นเรื่องยาก รวมทั้งต้องแน่ใจว่าพวกมันถูกส่งไปยังตำแหน่งที่ถูกต้อง ซึ่งแนะนำว่าจะต้องผลิตโปรตีนเหล่านี้ภายในไมโตคอนเดรีย คำอธิบายที่เป็นไปได้อีกประการหนึ่งคือ การใช้ codon ระหว่างนิวเคลียสและไมโทคอนเดรียมีความแตกต่างกัน ทำให้ยากต่อการถ่ายโอนยีนอย่างเต็มที่ คำอธิบายที่เป็นไปได้ประการที่สามคือไมโตคอนเดรียจำเป็นต้องผลิตสารพันธุกรรมของตัวเองเพื่อให้แน่ใจว่ามีการควบคุมเมตาบอลิซึมในเซลล์ยูคาริโอต ซึ่งบ่งชี้ว่า mtDNA ส่งผลโดยตรงต่อระบบทางเดินหายใจและกระบวนการลด/ออกซิเดชันของไมโตคอนเดรีย


วิวัฒนาการของไมโตคอนเดรีย

เมื่อมองผ่านเลนส์ของจีโนมที่มีอยู่ ไมโทคอนเดรียนมีบรรพบุรุษของแบคทีเรียที่ไม่ต้องสงสัย ซึ่งมีต้นกำเนิดจากภายในไฟลัมแบคทีเรีย α-Proteobacteria (Alphaproteobacteria) ดังนั้น สมมติฐานเอนโดซิมบิออนต์ - แนวคิดที่ว่าไมโทคอนเดรียนวิวัฒนาการมาจากต้นกำเนิดของแบคทีเรียโดยอาศัยการพึ่งพาอาศัยกันภายในเซลล์เจ้าบ้านที่เป็นยูคาริโอตเป็นหลัก - ได้สันนิษฐานถึงสถานะของทฤษฎี ทว่าวิวัฒนาการของจีโนมยลได้ดำเนินไปตามวิถีทางที่แตกต่างกันอย่างสิ้นเชิงในสายเลือดของยูคาริโอตที่หลากหลาย และออร์แกเนลล์เองก็ถูกมองว่าเป็นโมเสกทางพันธุกรรมและการทำงานมากขึ้นเรื่อยๆ โดยที่โปรตีโอมของไมโตคอนเดรียส่วนใหญ่มีต้นกำเนิดจากการวิวัฒนาการนอกอัลฟาโปรตีโอแบคทีเรีย ข้อมูลใหม่ยังคงปรับมุมมองของเราเกี่ยวกับวิวัฒนาการของไมโตคอนเดรีย โดยเฉพาะอย่างยิ่งการตั้งคำถามว่าไมโทคอนเดรียมีต้นกำเนิดหลังจากเซลล์ยูคาริโอตเกิดขึ้น ดังที่สันนิษฐานไว้ในสมมติฐานเอนโดซิมบิออนแบบคลาสสิก หรือออร์แกเนลล์นี้มีจุดเริ่มต้นพร้อมกับเซลล์ที่ประกอบด้วย .


1 คำตอบ 1

นี่เป็นหนึ่งในคำถามที่น่าสนใจที่สุดเกี่ยวกับวิวัฒนาการของยูคาริโอต เท่าที่ฉันรู้และได้อ่านมา ทฤษฎีอัตตาจรนี้ไม่เป็นที่ยอมรับ มีความคิดเห็นค่อนข้างมากในหัวข้อนี้ นอกจากนี้ยังมีหนังสือที่ยอดเยี่ยมโดย Nick Lane เกี่ยวกับไมโตคอนเดรียที่เรียกว่า พลังเซ็กส์และการฆ่าตัวตาย. คุณจะสนใจที่จะอ่านมัน

ไม่มีหลักฐานเพียงพอสำหรับการเปลี่ยนแปลงวิวัฒนาการจากโปรคาริโอตไปเป็นยูคาริโอต ซึ่งค่อนข้างบ่งชี้ว่านี่เป็นการกระโดดควอนตัมบางประเภท ตัวอย่างเช่น:

  • ไม่มีบันทึกไมโครฟอสซิลสำหรับตัวกลางวิวัฒนาการ
  • ลักษณะของยูคาริโอตเกือบทั้งหมดรวมทั้งออร์แกเนลล์ ซินกามี นิวเคลียส ฯลฯ ปรากฏขึ้นพร้อมกัน

ดังนั้นการจะตอบว่ามันเกิดขึ้นได้อย่างไรจึงค่อนข้างยาก

สำหรับทฤษฎี autogenous เป็นไปไม่ได้ที่เซลล์ยูคาริโอตขนาดใหญ่ (สารตั้งต้นของไมโทคอนเดรีย) จะตอบสนองความต้องการพลังงานโดยไม่มีออร์แกเนลล์เช่นไมโตคอนเดรีย เช่น โปรคาริโอตที่มีขนาดใหญ่เท่ากับเซลล์ยูคาโยติจะไม่รอด คุณสามารถตรวจสอบโพสต์นี้

มีเซลล์ยูคาริโอตที่ไม่มีไมโตคอนเดรีย (เช่น Entamoeba histolytica ) หรือมีอันที่มีฟังก์ชันการทำงานลดลง อย่างไรก็ตาม สิ่งเหล่านี้ไม่ใช่ตัวกลางในวิวัฒนาการ แต่สูญเสียการทำงานในลักษณะถอยหลังเข้าคลอง

มีหลักฐานอีกประการหนึ่งที่สนับสนุนทฤษฎีเอนโดซิมไบโอซิส: มีข้อสังเกตนี้ว่าออร์แกเนลล์ที่มีจำนวนน้อยกว่าในเซลล์จะคงสภาพของออร์แกเนลล์ไว้มากกว่า จีโนม เมื่อเทียบกับออร์แกเนลล์ที่มีจำนวนส่วนเกิน (เช่น พลาสติดและไมโตคอนเดรีย) นี้เรียกว่า สมมติฐานหน้าต่างการโอนที่จำกัด ซึ่งเป็นเหตุผลที่ออร์แกเนลล์ไปสู่การเคลื่อนย้ายยีนนิวเคลียร์จะเกิดขึ้นเนื่องจากการบาดเจ็บของออร์แกเนลล์และโอกาสที่เซลล์จะทนต่อออร์แกเนลล์จะสูงขึ้นหากมีออร์แกเนลล์จำนวนมากขึ้น

บทความนี้เสนอมุมมองทางเลือกที่แบคทีเรียที่กินสัตว์อื่นเช่น Bdellovibrio สามารถปักหลักในโฮสต์โปรคาริโอตได้ มีกรณีอื่นๆ ของเอนโดซิมบิออนของแบคทีเรียในแบคทีเรียที่มีขนาดใหญ่กว่า (ฉันต้องการเวลาในการขุดข้อมูลอ้างอิง ย้อนอ่านสักนิด) แต่สิ่งเหล่านี้ไม่ใช่บรรพบุรุษของยูคาริโอต


สรุปผู้เขียน

เซลล์สืบพันธุ์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม (ไข่และสเปิร์ม) เป็นอมตะในแง่ที่ว่ามันแพร่กระจายไปในรุ่นต่อๆ ไป ในทางตรงกันข้าม เซลล์ร่างกาย (ร่างกาย) จะไม่คงอยู่ต่อไปในรุ่นต่อไป ทั้งพืชและสัตว์พื้นฐาน เช่น ฟองน้ำและปะการังไม่มีเจิร์มไลน์ พวกมันแค่สร้างเซลล์สืบพันธุ์จากสเต็มเซลล์ในเนื้อเยื่อของผู้ใหญ่ ไม่ทราบสาเหตุของความแตกต่างเหล่านี้ เราพัฒนาแบบจำลองวิวัฒนาการที่แสดงให้เห็นว่าเจิร์มไลน์พัฒนาขึ้นเพื่อตอบสนองต่อการเลือกไมโตคอนเดรีย ซึ่งเป็นแหล่งพลังงานของเซลล์ ไมโตคอนเดรียยังคงรักษายีนของตัวเอง ซึ่งเกิดขึ้นในหลายสำเนาต่อเซลล์ ในพืชและสัตว์พื้นฐาน ยีนของไมโตคอนเดรียจะกลายพันธุ์อย่างช้าๆ การแบ่งเซลล์ในการแบ่งเซลล์หลายๆ รอบเพื่อสร้างตัวเต็มวัยทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของไมโตคอนเดรียที่กลายพันธุ์ระหว่างเซลล์สืบพันธุ์ ซึ่งเพียงพอสำหรับการคัดเลือกโดยธรรมชาติเพื่อปรับปรุงการทำงานของไมโตคอนเดรีย ในสัตว์ที่กระฉับกระเฉงมากขึ้นตั้งแต่การระเบิด Cambrian เป็นต้นไป อัตราการกลายพันธุ์ของไมโตคอนเดรียเพิ่มขึ้นอย่างมาก สิ่งนี้จำเป็นต้องมีวิวัฒนาการของเจิร์มไลน์เฉพาะ กันไว้ก่อนในการพัฒนาโดยมีการป้อนข้อมูลการกลายพันธุ์ที่ต่ำลง นอกจากนี้ยังชอบไข่ขนาดใหญ่ (เริ่มต้นด้วยไมโตคอนเดรียหลายพันตัว) และการคัดแยกหลังจากการผลิตมากเกินไป (atresia) อุปกรณ์ทั้งสองรักษาคุณภาพของไมโตคอนเดรีย วิวัฒนาการของการกักเก็บเจิร์มไลน์มีผลที่ลึกซึ้ง ทำให้เกิดกระบวนการพัฒนาที่ซับซ้อนและเนื้อเยื่อของผู้ใหญ่ที่ใช้แล้วทิ้งอย่างแท้จริง

การอ้างอิง: Radzvilavicius AL, Hadjivasiliou Z, Pomiankowski A, Lane N (2016) การคัดเลือกสำหรับคุณภาพของไมโตคอนเดรียทำให้เกิดวิวัฒนาการของเชื้อโรค PLoS จิตเวช 14(12): e2000410. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.2000410

บรรณาธิการวิชาการ: Thomas Kirkwood, Newcastle University, สหราชอาณาจักร

ได้รับ: 23 มิถุนายน 2559 ยอมรับ: 29 พฤศจิกายน 2559 ที่ตีพิมพ์: 20 ธันวาคม 2559

ลิขสิทธิ์: © 2016 Radzvilavicius et al. นี่เป็นบทความการเข้าถึงแบบเปิดที่เผยแพร่ภายใต้เงื่อนไขของ Creative Commons Attribution License ซึ่งอนุญาตให้ใช้ แจกจ่าย และทำซ้ำได้ไม่จำกัดในสื่อใดๆ โดยต้องให้เครดิตผู้เขียนต้นฉบับและแหล่งที่มา

ความพร้อมใช้งานของข้อมูล: โมเดลนี้ถูกนำไปใช้ใน GitHub และสามารถเข้าถึงได้ที่: https://github.com/ArunasRadzvilavicius/GermlineEvolution ไฟล์ข้อมูลพื้นฐานทั้งหมดมีอยู่ที่: https://github.com/ArunasRadzvilavicius/GermlineEvolution/tree/master/FigureData

เงินทุน: EPSRC https://www.epsrc.ac.uk/ (หมายเลขสิทธิ์ EP/L504889/1) รับโดย ZH. ผู้ให้ทุนไม่มีบทบาทในการออกแบบการศึกษา การรวบรวมและวิเคราะห์ข้อมูล การตัดสินใจเผยแพร่ หรือการเตรียมต้นฉบับ NERC http://www.nerc.ac.uk/ (หมายเลข NE/G00563X/1) ได้รับจากเอพี ผู้ให้ทุนไม่มีบทบาทในการออกแบบการศึกษา การรวบรวมและวิเคราะห์ข้อมูล การตัดสินใจเผยแพร่ หรือการเตรียมต้นฉบับ EPSRC https://www.epsrc.ac.uk/ (หมายเลขทุน EP/F500351/1, EP/I017909/1, EP/K038656/1) ได้รับจากเอพี ผู้ให้ทุนไม่มีบทบาทในการออกแบบการศึกษา การรวบรวมและวิเคราะห์ข้อมูล การตัดสินใจเผยแพร่ หรือการเตรียมต้นฉบับ Leverhulme Turst https://www.leverhulme.ac.uk/ (หมายเลขอนุญาต RPG-425) ได้รับโดย NL ผู้ให้ทุนไม่มีบทบาทในการออกแบบการศึกษา การรวบรวมและวิเคราะห์ข้อมูล การตัดสินใจเผยแพร่ หรือการเตรียมต้นฉบับ EPSRC https://www.epsrc.ac.uk/ (EP/F500351/1). ได้รับจากเออาร์ ผู้ให้ทุนไม่มีบทบาทในการออกแบบการศึกษา การรวบรวมและวิเคราะห์ข้อมูล การตัดสินใจเผยแพร่ หรือการเตรียมต้นฉบับ

การแข่งขันความสนใจ: ผู้เขียนได้ประกาศว่าไม่มีผลประโยชน์ที่แข่งขันกัน

ตัวย่อ: ROS ออกซิเจนชนิดปฏิกิริยา ยูวี อัลตราไวโอเลต


สังกัด

Department of Biology, University of Padua, Padua, อิตาลี

Marta Giacomello, Aswin Pyakurel, Christina Glytsou และลูก้า สกอร์ราโน

Veneto Institute of Molecular Medicine, ปาดัว, อิตาลี

อัสวิน พยากุเรล, คริสติน่า กลิตซู & ลูก้า สกอร์ราโน

คุณยังสามารถค้นหาผู้เขียนคนนี้ใน PubMed Google Scholar

คุณยังสามารถค้นหาผู้เขียนคนนี้ใน PubMed Google Scholar

คุณยังสามารถค้นหาผู้เขียนคนนี้ใน PubMed Google Scholar

คุณยังสามารถค้นหาผู้เขียนคนนี้ใน PubMed Google Scholar

ผลงาน

เอ็มจี และแอล.เอส. แนวความคิด เขียน และแก้ไขบทความเป็นส่วนใหญ่ A.P. และ C.G. เขียนส่วนย่อย ผู้เขียนทุกคนอนุมัติเนื้อหาสุดท้าย

ผู้เขียนที่สอดคล้องกัน


วิวัฒนาการที่เป็นปฏิปักษ์ทางเพศของการเชื่อมโยงไมโตคอนเดรียและนิวเคลียร์

Arunas Radzvilavicius, Department of Mathematics, University of Bergen, เบอร์เกน, นอร์เวย์

Iain G. Johnston, Computational Biology Unit, University of Bergen, เบอร์เกน, นอร์เวย์.

School of Biological Sciences, Monash University, Melbourne, Vic., Australia

School of Biological Sciences, Monash University, Melbourne, Vic., Australia

School of Biological Sciences, Monash University, Melbourne, Vic., Australia

Department of Mathematics, University of Bergen, Bergen, นอร์เวย์

Computational Biology Unit, University of Bergen, Bergen, นอร์เวย์

Arunas Radzvilavicius, Department of Mathematics, University of Bergen, เบอร์เกน, นอร์เวย์

Iain G. Johnston, Computational Biology Unit, University of Bergen, เบอร์เกน, นอร์เวย์.

Department of Mathematics, University of Bergen, Bergen, นอร์เวย์

Charles Perkins Centre, University of Sydney, Sydney, NSW, Australia

Arunas Radzvilavicius, Department of Mathematics, University of Bergen, เบอร์เกน, นอร์เวย์

Iain G. Johnston, Computational Biology Unit, University of Bergen, เบอร์เกน, นอร์เวย์.

School of Biological Sciences, Monash University, Melbourne, Vic., Australia

School of Biological Sciences, Monash University, Melbourne, Vic., Australia

School of Biological Sciences, Monash University, Melbourne, Vic., Australia

Department of Mathematics, University of Bergen, Bergen, นอร์เวย์

Computational Biology Unit, University of Bergen, Bergen, นอร์เวย์

Arunas Radzvilavicius, Department of Mathematics, University of Bergen, เบอร์เกน, นอร์เวย์

Iain G. Johnston, Computational Biology Unit, University of Bergen, เบอร์เกน, นอร์เวย์.

เชิงนามธรรม

ข้ามยูคาริโอต ยีนที่เข้ารหัสเครื่องจักรพลังงานชีวภาพนั้นอยู่ในทั้ง DNA ของไมโตคอนเดรียและนิวเคลียส และความเข้ากันไม่ได้ระหว่างจีโนมทั้งสองสามารถทำลายล้างได้ ไมโตคอนเดรียมักสืบทอดมาจากมารดา และทฤษฎีคาดการณ์ผลกระทบด้านสมรรถภาพทางกายเฉพาะเพศของความหลากหลายของการกลายพันธุ์ของไมโตคอนเดรีย ทว่าวิวัฒนาการที่กระทำต่อรูปแบบการเชื่อมโยงระหว่างจีโนมยลและนิวเคลียสนั้นเป็นเรื่องที่เข้าใจได้ไม่ดีนัก การใช้แบบจำลองประชากรและพันธุกรรมของไมโตนิวเคลียร์แบบใหม่ เราแสดงให้เห็นว่าการมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างยีนนิวเคลียร์และยีนของไมโตคอนเดรียรักษาความหลากหลายของฮาโพลไทป์ของไมโตคอนเดรียภายในประชากร และเลือกทั้งสำหรับการแยกยีนที่มีปฏิสัมพันธ์ระหว่างไมโตคอนเดรียและสำหรับการรั่วไหลของบิดา ผลกระทบจากวิวัฒนาการความเชื่อมโยงทางพันธุกรรมเหล่านี้สามารถขจัดผลกระทบด้านสมรรถภาพทางกายที่ทำร้ายผู้ชายจากความหลากหลายในการกลายพันธุ์ของ mtDNA ด้วยการถ่ายทอดไมโตคอนเดรียของมารดา ตัวเมียยังคงจับคู่ไมโตคอนเดรียที่แน่นแฟ้น แต่ตัวผู้สะสมการกลายพันธุ์ที่ไม่ตรงกันเนื่องจากความสัมพันธ์ทางสถิติที่อ่อนแอระหว่างองค์ประกอบจีโนมทั้งสอง การแบ่งแยกที่ไม่ขึ้นกับเพศของตำแหน่งที่มีปฏิสัมพันธ์กับไมโตคอนเดรียช่วยปรับปรุงการจับคู่ไมโตกับนิวเคลียร์ ในกระบวนการวิวัฒนาการที่เป็นปฏิปักษ์ทางเพศ อัลลีลของนิวเคลียสเพศชายวิวัฒนาการเพื่อเพิ่มอัตราการรวมตัวกันใหม่ ในขณะที่เพศหญิงวิวัฒนาการเพื่อปราบปรามอัลลีลนั้น การรั่วไหลของไมโตคอนเดรียของบิดาสามารถพัฒนาเป็นกลไกทางเลือกในการปรับปรุงการเชื่อมโยงไมโตกับนิวเคลียร์ กรอบการสร้างแบบจำลองของเราให้คำอธิบายเชิงวิวัฒนาการสำหรับความขัดสนที่สังเกตได้ของยีนที่มีปฏิสัมพันธ์กับไมโตคอนเดรียบนโครโมโซมเพศของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมและสำหรับการรั่วไหลของบิดาในโปรติสต์ พืช เชื้อรา และสัตว์บางชนิด


23.1D: วิวัฒนาการของไมโตคอนเดรีย - ชีววิทยา

Endosymbiosis: Lynn Margulis

Margulis และคนอื่นๆ ตั้งสมมติฐานว่าคลอโรพลาสต์ (ล่าง) วิวัฒนาการมาจากไซยาโนแบคทีเรีย (บน)

การสังเคราะห์สมัยใหม่กำหนดว่าเมื่อเวลาผ่านไปการคัดเลือกโดยธรรมชาติที่กระทำต่อการกลายพันธุ์สามารถสร้างการดัดแปลงและสายพันธุ์ใหม่ได้ แต่นั่นหมายถึงการสืบเชื้อสายและการดัดแปลงใหม่หรือไม่ เท่านั้น เกิดจากการแตกแขนงออกจากคนเก่าและสืบเชื้อสายมาจากสายเลือดเก่า? นักวิจัยบางคนตอบว่าไม่ นักวิวัฒนาการ Lynn Margulis แสดงให้เห็นว่าเหตุการณ์สำคัญขององค์กรในประวัติศาสตร์ของชีวิตอาจเกี่ยวข้องกับการรวมเชื้อสายตั้งแต่สองสายขึ้นไปโดยอาศัยการพึ่งพาอาศัยกัน

จุลินทรีย์ชีวภาพ = เซลล์ยูคาริโอต?
ในช่วงปลายทศวรรษ 1960 Margulis (ซ้าย) ได้ศึกษาโครงสร้างของเซลล์ ตัวอย่างเช่น ไมโตคอนเดรียเป็นร่างกายที่บิดตัวไปมาซึ่งสร้างพลังงานที่จำเป็นสำหรับการเผาผลาญ สำหรับ Margulis พวกมันดูเหมือนแบคทีเรียอย่างน่าทึ่ง เธอรู้ว่านักวิทยาศาสตร์ได้รับผลกระทบจากความคล้ายคลึงกันนับตั้งแต่มีการค้นพบไมโตคอนเดรียเมื่อปลายศตวรรษที่ 1800 บางคนถึงกับแนะนำว่าไมโตคอนเดรียเริ่มต้นจากแบคทีเรียที่อาศัยอยู่ร่วมกันอย่างถาวรภายในเซลล์ของสัตว์และพืช มีตัวอย่างคู่ขนานกันในเซลล์พืชทั้งหมด สาหร่ายและเซลล์พืชมีร่างกายชุดที่สองที่ใช้ในการสังเคราะห์แสง เรียกว่าคลอโรพลาสต์จับพลังงานแสงแดดที่เข้ามา พลังงานขับเคลื่อนปฏิกิริยาทางชีวเคมีรวมถึงน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์รวมกันเพื่อสร้างสารอินทรีย์ คลอโรพลาสต์ เช่น ไมโตคอนเดรีย มีความคล้ายคลึงกับแบคทีเรีย นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าคลอโรพลาสต์ (ด้านล่างขวา) เช่นไมโตคอนเดรีย วิวัฒนาการมาจากแบคทีเรียที่อาศัยทางชีวภาพ — โดยเฉพาะ พวกมันสืบเชื้อสายมาจากไซยาโนแบคทีเรีย (ด้านบนขวา) สิ่งมีชีวิตขนาดเล็กที่จับแสงได้มากมายในมหาสมุทรและน้ำจืด


เชื่อกันว่าไมโตคอนเดรียสืบเชื้อสายมาจากญาติสนิทของแบคทีเรียที่ก่อให้เกิดโรคไข้รากสาดใหญ่

หลักฐานทางพันธุกรรม
ในปี 1970 นักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาเครื่องมือและวิธีการใหม่ๆ เพื่อเปรียบเทียบยีนจากสปีชีส์ต่างๆ นักจุลชีววิทยาสองทีม ทีมหนึ่งนำโดย Carl Woese และอีกทีมหนึ่งโดย W. Ford Doolittle ที่มหาวิทยาลัย Dalhousie ในโนวาสโกเชีย — ได้ศึกษายีนภายในคลอโรพลาสต์ของสาหร่ายบางชนิด พวกเขาพบว่ายีนคลอโรพลาสต์มีความคล้ายคลึงกับยีนในนิวเคลียสของสาหร่ายเพียงเล็กน้อย ดีเอ็นเอของคลอโรพลาสต์คือ DNA ของไซยาโนแบคทีเรีย ในขณะเดียวกัน DNA ในไมโตคอนเดรียก็มีลักษณะคล้ายกับแบคทีเรียในกลุ่มแบคทีเรียที่มีชนิดของแบคทีเรียที่ทำให้เกิดไข้รากสาดใหญ่ (ดูรูปด้านขวา) Margulis ยืนยันว่า symbioses ก่อนหน้านี้ช่วยสร้างเซลล์นิวเคลียส ตัวอย่างเช่น แบคทีเรียรูปเกลียวที่เรียกว่าสไปโรเชตถูกรวมเข้ากับสิ่งมีชีวิตทั้งหมดที่แบ่งตามไมโทซิส หางบนเซลล์เช่นสเปิร์มส่งผลให้ในที่สุด นักวิจัยส่วนใหญ่ยังคงสงสัยเกี่ยวกับการอ้างสิทธิ์นี้


ต้นกำเนิดของไมโทคอนเดรียและคลอโรพลาสต์

ทฤษฎีนี้มีพื้นฐานอยู่บนความคล้ายคลึงกันของคลอโรพลาสต์และไมโทคอนเดรียกับเซลล์โปรคาริโอต ออร์แกเนลล์เหล่านี้มีสารพันธุกรรม (DNA) ของตัวเอง เช่นเดียวกับกลไกในการสังเคราะห์โปรตีน ตามทฤษฎีนี้ เซลล์ยูคาริโอตพัฒนามาจากยุคดึกดำบรรพ์ “เซลล์โปรโต-ยูคาริโอต” ซึ่งไม่ใช้ออกซิเจนและใช้เส้นทางไกลโคไลติกในการผลิตพลังงาน

เซลล์โปรโต-ยูคาริโอตเหล่านี้มีขนาดใหญ่และสามารถนำสารอาหารเข้าสู่เซลล์จากสภาพแวดล้อมภายนอกผ่านทางฟาโกไซโตซิสได้

ไมโตคอนเดรียได้รับการเสนอให้มีวิวัฒนาการจากโปรคาริโอตดั้งเดิมที่สามารถใช้ออกซิเจนในการหายใจ (แอโรบิกโปรคาริโอต) หลังจากการกลืนกินเข้าไปในเซลล์โปรโต - ยูคาริโอตผ่านกระบวนการฟาโกไซโตซิส (รูปที่ 20.8) ดิ โอ2 การใช้เซลล์โปรคาริโอตกลายเป็นสัญลักษณ์ของเซลล์โปรโต-ยูคาริโอตที่กินเข้าไป

คาดว่าในช่วงวิวัฒนาการ โปรคาริโอตซิมไบโอติกเหล่านี้สูญเสียหน้าที่ที่ไม่จำเป็นของพวกมันไปและพัฒนาเป็นไมโตคอนเดรียในปัจจุบัน

ทุกวันนี้ โปรตีนไมโตคอนเดรียบางชนิดถูกเข้ารหัสโดยนิวเคลียสของเซลล์และถูกสังเคราะห์ในไซโตพลาสซึมบนไรโบโซมของไซโตพลาสซึม ในขณะที่โปรตีนอื่นๆ อีกหลายชนิดถูกเข้ารหัสโดย mtDNA และถูกสังเคราะห์ภายในไมโตคอนเดรียเองโดยเชื่อมโยงกับไรโบโซมของไมโตคอนเดรีย

การย้ายถิ่นของ DNA จากไมโทคอนเดรียและคลอโรพลาสต์ไปยัง DNA นิวเคลียร์ได้รับการบันทึกว่า DNA ประเภทนี้เรียกว่า DNA สำส่อน การมีอยู่ของ DNA ที่หลากหลายอธิบายได้ว่าทำไมยีนนิวเคลียร์จึงกำหนดรหัสสำหรับโปรตีนไมโตคอนเดรียบางชนิด และยังแนะนำลักษณะที่นิวเคลียสอาจได้รับความสามารถนี้ มันยังสนับสนุนทฤษฎีการกำเนิดเอนโดซิมบิออนต์ของออร์แกเนลล์ด้วย

คลอโรพลาสต์ถูกเสนอให้วิวัฒนาการมาจากโปรคาริโอตที่สามารถสังเคราะห์แสงได้ (รูปที่ 20.8) โปรคาริโอตสังเคราะห์แสงเหล่านี้คิดว่าถูกกินเข้าไปโดยเซลล์โปรโต-ยูคาริโอต และในระยะเวลาที่เหมาะสมก็สร้างความสัมพันธ์ทางชีวภาพกับพวกมัน

ในช่วงวิวัฒนาการ พวกเขาสูญเสียหน้าที่ที่ไม่จำเป็นและพัฒนาเป็นคลอโรพลาสต์ในปัจจุบัน มีข้อเสนอแนะว่าคลอโรพลาสต์ของพืชชนิดต่างๆ ที่มีสารสีคลอโรฟิลล์ต่างกันมีวิวัฒนาการมาจากเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นจากสิ่งมีชีวิตที่แตกต่างกัน

ตัวอย่างเช่น เชื่อกันว่าสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงินที่มีคลอโรฟิลล์เอและไฟโคบิลินกลายเป็นสัญลักษณ์ในเซลล์โปรโต-ยูคาริโอตซึ่งพัฒนาเป็นสาหร่ายสีแดง

ในทำนองเดียวกัน โปรคาริโอตสังเคราะห์แสงตามสมมุติฐานที่มีคลอโรฟิลล์เอและซี (โปรคาริโอตสีเหลือง) กลายเป็นสิ่งที่คล้ายคลึงกันในเซลล์โปรโต - ยูคาริโอตซึ่งในที่สุดก็พัฒนาเป็นสาหร่ายสีน้ำตาล ไดอะตอม และไดโนแฟลเจลเลต

โปรคาริโอตสีเหลืองได้สูญพันธุ์ไปแล้ว โปรคาริโอตสังเคราะห์แสงอีกกลุ่มหนึ่งที่มีคลอโรฟิลล์ a และ b (โปรคาริโอตสีเขียว) ถูกกินเข้าไปโดยเซลล์โปรโต-ยูคาริโอต ซึ่งต่อมาพัฒนาเป็นสาหร่ายสีเขียวและพืชชั้นสูง โปรคาริโอตสีเขียวก็สูญพันธุ์เช่นกัน

พื้นฐานสำหรับทฤษฎีเอนโดซิมบิออนต์นั้นอยู่ในความคล้ายคลึงกันของออร์แกเนลล์ (คลอโรพลาสต์และไมโทคอนเดรีย) กับเซลล์โปรคาริโอตและในความแตกต่างจากเซลล์ยูคาริโอต จุดสำคัญของความเหมือนและความแตกต่างเหล่านี้สรุปไว้ในตารางที่ 20.6

2. โดยตรง ทฤษฎีฟิลลิเอชัน:

ตามทฤษฎีนี้ คลอโรพลาสต์และไมโทคอนเดรียไม่ได้วิวัฒนาการมาจากเซลล์โปรคาริโอตที่กินเข้าไปจากภายนอก แต่เชื่อกันว่าพวกมันมีการพัฒนาภายในเซลล์ต้นกำเนิด “โปรโต-ยูคาริโอต”. มัน เสนอว่าถุงน้ำไซโตพลาสซึมเกิดจากการบุกรุกของเยื่อหุ้มพลาสมาของเซลล์โปรโต - ยูคาริโอต

ถุงน้ำไซโตพลาสซึมเหล่านี้ยังปิดล้อมสารพันธุกรรม (DNA) และค่อยๆ พัฒนาเป็นออร์แกเนลล์ในปัจจุบัน สำหรับวิวัฒนาการของไมโทคอนเดรียและคลอโรพลาสต์ ได้มีการเสนอแบบจำลองสามแบบ

(1) รูปแบบของราฟและมาห์เลอร์:

ในเซลล์โปรโต-ยูคาริโอต พลาสมาเมมเบรนมีกลไกการหายใจของการถ่ายโอนอิเล็กตรอนและฟอสโฟรีเลชั่นออกซิเดชัน พลาสมาเมมเบรนถูกกระตุ้นเพื่อผลิตถุงน้ำไซโตพลาสซึมอิสระซึ่งปิดล้อมทางเดินหายใจและทางเดินน้ำ ต่อมาได้รับชิ้นส่วนของพลาสมิดหรือโครโมโซมนอกโครโมโซม

ดีเอ็นเอนี้มียีนสำหรับการเข้ารหัส tRNA, rRNA และ mRNA สำหรับโปรตีนที่ไม่ชอบน้ำของเยื่อหุ้มทางเดินหายใจ

(2) รุ่นของคาวาเลียร์-สมิธ:

นี่เป็นแบบจำลองทั่วไปที่แสดงให้เห็นที่มาของไมโตคอนเดรีย คลอโรพลาส นิวเคลียส กอลจิคอมเพล็กซ์ และไลโซโซม เป็นต้น จากแบบจำลองนี้ การแตกหน่อและการรวมตัวของพลาสมาเมมเบรน (กระบวนการเอนโดไซโทซิส) ได้ปิดล้อมส่วนของโครโมและชิโซมอลดีเอ็นเอ (หรือพลาสมิด) เพิ่มเติม .

โครงสร้างเหล่านี้บางส่วนพัฒนาให้กลายเป็นไมโทคอนเดรีย ในขณะที่โครงสร้างอื่นๆ บางส่วนพัฒนาเป็นคลอโรพลาสต์ เชื่อว่ากระบวนการที่คล้ายกันนี้เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของเยื่อหุ้มนิวเคลียสที่ห่อหุ้มโครโมโซมเพื่อผลิตนิวเคลียส

(3) โมเดล Reijnders:

ตามแบบจำลองนี้ DNA ของเซลล์โปรโต - ยูคาริโอตทำซ้ำและ DNA สองสำเนาถูกปิดล้อมด้วยเมมเบรนแยกกันเพื่อสร้างส่วนแยก ดีเอ็นเอส่วนใหญ่ของช่องหนึ่งถูกกำจัดออกไป เหลือเพียงส่วนที่จำเป็นต่อการทำงานของไมโตคอนเดรีย ซึ่งท้ายที่สุดแล้วส่วนนี้ก็จะพัฒนาเป็นไมโตคอนเดรีย

ไม่มีการสูญเสีย DNA จากส่วนอื่น และในที่สุดก็พัฒนาเป็นนิวเคลียส วิวัฒนาการของคลอโรพลาสต์ถูกเสนอให้เกิดขึ้นผ่านกระบวนการที่คล้ายคลึงกัน


DNA ของไมโตคอนเดรียในวิวัฒนาการและโรค

ออร์แกเนลล์เซลล์ที่เรียกว่าไมโตคอนเดรียมี DNA ของตัวเอง การค้นพบว่าการแปรผันของ DNA ของไมโตคอนเดรียทำให้สรีรวิทยาและอายุขัยของหนูเปลี่ยนแปลงไป มีผลกระทบต่อชีววิทยาวิวัฒนาการและต้นกำเนิดของโรค ดูจดหมาย หน้า 561

ดีเอ็นเอที่สืบทอดมาจากมารดาที่พบในออร์แกเนลล์ไซโตพลาสซึมที่เรียกว่าไมโทคอนเดรียเข้ารหัสโปรตีนส่วนกลางที่เกี่ยวข้องกับการผลิตพลังงาน ซึ่งเป็นหน้าที่หลักของออร์แกเนลล์นี้ ทว่ามีการสันนิษฐานว่าความแปรปรวนของลำดับที่สูงเป็นพิเศษของ DNA ของไมโตคอนเดรียมีผลเพียงเล็กน้อย ในหน้าที่ 561 Latorre-Pellicer et al. 1 ปัดเป่าความคิดที่ผิดพลาดนี้

ผู้เขียนได้ย้ายดีเอ็นเอไมโตคอนเดรีย (mtDNA) จากสายพันธุ์ของหนูเมาส์ที่เรียกว่า NZB ไปยังพื้นหลังของ DNA นิวเคลียร์ (nDNA) ของสายพันธุ์อื่น C57BL/6 จากนั้นจึงเปรียบเทียบหนู C57BL/6 ที่มี NZB หรือ C57BL/6 mtDNA ลำดับ mtDNA ทั้งสองต่างกันในตัวแปรทางพันธุกรรมที่ให้การแทนที่กรดอะมิโน 12 ตัวและการเปลี่ยนแปลง 12 อย่างในโมเลกุล RNA ที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์โปรตีนยล การเปรียบเทียบหนูตลอดชีวิตเผยให้เห็นความแตกต่างอย่างมากในการทำงานของไมโตคอนเดรีย การส่งสัญญาณอินซูลิน โรคอ้วน และอายุยืน การศึกษานี้และการศึกษาที่เกี่ยวข้อง 2,3 แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าการแปรผันของ mtDNA ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาตินั้นไม่เป็นกลาง และปฏิสัมพันธ์ระหว่างตัวแปรลำดับ mtDNA และ nDNA สามารถมีผลกระทบอย่างลึกซึ้งต่อชีววิทยาของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม

เหตุใดจึงควรเป็นที่สนใจทั่วไป ปรากฎว่าปริมาณความแปรผันระหว่าง NZB และ C57BL/6 mtDNA นั้นใกล้เคียงกันระหว่าง mtDNA ของมนุษย์ที่ไม่เกี่ยวข้องกันสองตัว ดังนั้นความแปรผันของ mtDNA และผลกระทบต่อการแสดงออกของยีน nDNA ก็มีความเกี่ยวข้องกับผู้คนเช่นกัน

ลำดับ mtDNA ของมนุษย์และหนูเมาส์สามารถวิวัฒนาการได้โดยการสะสมการกลายพันธุ์ตามลำดับตามการแผ่สายเลือดของมารดา สำหรับมนุษย์ การกลายพันธุ์เชิงหน้าที่เกิดขึ้นเมื่อผู้หญิงอพยพออกจากแอฟริกาเพื่อตั้งรกรากในส่วนอื่นๆ ของโลก ปรับเปลี่ยนการเผาผลาญพลังงานของเซลล์ และช่วยให้บรรพบุรุษของเราปรับตัวเข้ากับความท้าทายด้านสิ่งแวดล้อมในภูมิภาคใหม่ ชนิดของ mtDNA (แฮ็ปโลไทป์) ที่ได้รับการกลายพันธุ์ที่เป็นประโยชน์ต่อสิ่งแวดล้อมเหล่านี้แพร่หลายในสภาพแวดล้อมที่เกี่ยวข้องกันเพื่อก่อให้เกิดกลุ่มของแฮ็ปโลไทป์ที่เกี่ยวข้องในระดับภูมิภาค เรียกว่าแฮ็ปโลกรุ๊ป การคัดเลือกระดับภูมิภาคนี้อธิบายว่าทำไม ในบรรดาสายเลือด mtDNA ทั้งหมดที่วิวัฒนาการในแอฟริกาในช่วง 100,000 ปีแรกของประวัติศาสตร์มนุษย์ มีเพียง mtDNA สองอัน (ขนานนามว่า M และ N) ประสบความสำเร็จในการออกจากแอฟริกาเมื่อ 65,000 ปีก่อนเพื่อตั้งอาณานิคมในส่วนอื่น ๆ ของโลก นอกจากนี้ยังอธิบายว่าทำไมมีเพียง N mtDNA ที่ตั้งอาณานิคมยุโรป ในขณะที่ทั้ง M และ N ตกเป็นอาณานิคมของเอเชีย และเหตุใด mtDNA เพียงห้าตัวเท่านั้นที่ตกเป็นอาณานิคมของอเมริกา (ทบทวนในการอ้างอิง 4) เนื่องจากความหลากหลายของ mtDNA ของมนุษย์วิวัฒนาการมาจาก mtDNA เดียว การแปรผันของ mtDNA เชิงฟังก์ชันที่ยอมให้มีการแยกประชากรในระดับภูมิภาคอาจมีส่วนทำให้เกิดการจำแนก 4 ดังนั้น mtDNA haplogroups จึงเป็นพื้นฐานของชีววิทยาของทั้งหนูและผู้ชาย

เนื่องจากไมโตคอนเดรียมีบทบาททางชีวภาพ จึงสมเหตุสมผลที่ความแปรผันของ mtDNA ส่งผลต่อสรีรวิทยาและความสามารถของเราในการปรับตัวให้เข้ากับการเปลี่ยนแปลงของสิ่งแวดล้อม การแปรผันของยีน mtDNA สามารถอนุญาตให้มีที่พักสำหรับอาหารใหม่ ๆ หรือปรับให้เข้ากับความเครียดจากความร้อนและความต้องการกิจกรรม และยังสามารถเปลี่ยนแปลงการควบคุมการตายของเซลล์ 4 ความสัมพันธ์ระหว่างการแปรผันของ mtDNA ของมนุษย์หรือของหนูเมาส์และลักษณะที่หลากหลาย รวมถึงการมีอายุยืนยาว ความสามารถทางกายภาพ และในมนุษย์ ความโน้มเอียงต่อโรคเมแทบอลิซึมและความเสื่อมในวงกว้าง และรูปแบบของมะเร็ง 4,5 ยืนยันความสำคัญเชิงหน้าที่ของการแปรผันของ mtDNA .

การแสดงออกของยีนนิวเคลียร์ยังได้รับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงของ mtDNA เนื่องจากบทบาทของระบบการผลิตพลังงานของไมโตคอนเดรียในการปรับระดับของโมเลกุลพลังงานสูงที่เกิดจากการเผาผลาญของไมโตคอนเดรีย ผลิตภัณฑ์เมตาบอลิซึมของไมโตคอนเดรียที่มีพลังงานสูง เช่น โมเลกุล ATP, acetylCoA และ α-ketoglutarate ขับเคลื่อนการดัดแปลงของโปรตีนส่งสัญญาณไซโตพลาสซึม และยังเพิ่มการดัดแปลงระดับโมเลกุลให้กับโปรตีนนิวเคลียร์ ซึ่งเมื่อรวมกับการดัดแปลง nDNA จะประกอบเป็นอีพีจีโนม การเปลี่ยนแปลงในการส่งสัญญาณของเซลล์และอีพิจีโนมควบคุมการแสดงออกของยีน nDNA การมีเพศสัมพันธ์ระหว่างไมโตคอนเดรียและนิวเคลียสมีความสำคัญเนื่องจากไม่มีการทำงานของเซลล์ใดที่สามารถดำเนินต่อไปได้หากไม่มีพลังงานเพียงพอ นิวเคลียสต้อง 'รู้' ว่าไมโทคอนเดรียสามารถสร้างพลังงานที่ต้องการได้ก่อนที่จะดำเนินการจำลองแบบและถอดรหัสดีเอ็นเอ

การศึกษาเซลล์ที่มีนิวเคลียสเดียวกัน แต่มีระดับของการกลายพันธุ์ mtDNA ที่ทำให้เกิดโรคต่างกัน ซึ่งเป็นการเปลี่ยนแปลงในโมเลกุลอาร์เอ็นเอที่นิวคลีโอไทด์ 3243 คือ guanine (3243G) แทนที่จะเป็นอะดีนีนปกติ ได้ช่วยในการกำหนดลักษณะของปฏิสัมพันธ์ของ mtDNA – nDNA แต่ละเซลล์มีสำเนา mtDNA หลายร้อยชุด ดังนั้นทั้ง mtDNA ที่กลายพันธุ์และปกติสามารถมีอยู่ในเซลล์ในสัดส่วนที่ต่างกัน ซึ่งเป็นสถานะที่เรียกว่าเฮเทอโรพลาสซึม เมื่อมีการกลายพันธุ์ 3243G ที่ความถี่ 10-30% ผู้ป่วยสามารถแสดงโรคเบาหวานหรือออทิสติกที่ 50–90% ในบางกรณี การกลายพันธุ์จะแสดงออกมาเป็นปัญหาทางระบบประสาท หัวใจ และกล้ามเนื้อ และที่ 100% ก็อาจส่งผลให้ ในความเจ็บป่วยและความตายในวัยเด็ก การศึกษา 6 ของการแสดงออกของยีนนิวเคลียร์ในสายพันธุ์ของเซลล์ที่มีเปอร์เซ็นต์การกลายพันธุ์ 3243G ที่แตกต่างกันเปิดเผยว่าแต่ละประเภททางคลินิกของเฮเทอโรพลาสซึมมีความเกี่ยวข้องกับโปรไฟล์การแสดงออกของยีนนิวเคลียร์ที่ชัดเจน ในมนุษย์ เช่นเดียวกับในหนู Latorre-Pellicer และเพื่อนร่วมงาน การเปลี่ยนแปลงเล็กๆ น้อยๆ ในการทำงานของไมโตคอนเดรียซึ่งเป็นผลมาจากการแปรผันของ mtDNA อาจส่งผลกระทบอย่างลึกซึ้งต่อการแสดงออกของยีนนิวเคลียร์ สรีรวิทยาของเซลล์ และสุขภาพของแต่ละบุคคล

การถ่ายทอดทางพันธุกรรมแบบพ่อแม่เดียวของ mtDNA เกือบจะเป็นสากลในหมู่สัตว์ และสายเลือดของ mtDNA นั้นแตกต่างกันตามหน้าที่ ดังนั้นจึงอาจคาดการณ์ได้ว่าการผสมแฮปโลไทป์ของ mtDNA ที่ต่างกันสองแบบเทียมในเซลล์เดียวกันอาจเป็นอันตรายได้ สอดคล้องกับการคาดการณ์นี้ การผสม NZB mtDNAs กับ mtDNA จากสายพันธุ์ที่เรียกว่า 129 (ซึ่ง mtDNA นั้นคล้ายคลึงกับของ C57BL/6) ในหนู C57BL/6 ส่งผลให้หนูที่มีปฏิกิริยาไฮโปแอคทีฟ ตื่นเต้นมากเกินไป และมีอาการรุนแรงในระยะยาว - หน่วยความจำบกพร่อง 7 . ดังนั้นการสืบทอดแบบไบพาเรนทัลของ mtDNA ที่แตกต่างกันจึงอาจเป็นอันตรายได้ และ NZB และ 129–C57BL/6 mtDNA นั้นแตกต่างกันตามหน้าที่

เนื่องจากความแปรผันของ mtDNA haplogroup ถูกกำหนดโดยการคัดเลือกจากสิ่งแวดล้อม จึงตามมาว่าไมโตคอนเดรียอาจเป็นตัวตรวจจับหลักของการเปลี่ยนแปลงสิ่งแวดล้อม ด้วยความเข้าใจที่เพิ่มขึ้นของเราเกี่ยวกับบทบาทการกำกับดูแลมากมายของไมโตคอนเดรีย ภาพแบบองค์รวมของชีววิทยาเซลล์จึงเริ่มปรากฏขึ้น (รูปที่ 1) ในสถานการณ์นี้ การเปลี่ยนแปลงในสิ่งแวดล้อมจะส่งผลต่อพลังงานชีวภาพของไมโตคอนเดรียและเปลี่ยนแปลงการผลิตโมเลกุลของยลพลังงานสูง ความเข้มข้นที่เปลี่ยนแปลงไปของโมเลกุลไมโตคอนเดรียเหล่านี้ทำให้เกิดการดัดแปลงทางเคมีของการส่งสัญญาณไซโตพลาสซึมและโปรตีนอีพิจีโนมิก การเขียนโปรแกรมการแสดงออกของยีน nDNA ใหม่ สถานะการแสดงออกของยีน nDNA ที่เปลี่ยนแปลงไปนั้นจะส่งกลับเพื่อปรับเปลี่ยนการแสดงออกของยีนยลและสร้างสภาวะสมดุลและสุขภาพที่มีพลังอีกครั้ง อย่างไรก็ตาม หากการเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อมในท้องถิ่นรุนแรงเกินไปที่จะจัดการโดยสถานะทางสรีรวิทยาที่กำหนดโดย mtDNA-haplogroup ของแต่ละบุคคล หรือหากการกลายพันธุ์ของ mtDNA ที่เป็นอันตรายเมื่อเร็วๆ นี้ทำให้เกิดโรคมากเกินไป ระบบภาวะธำรงดุลย้อนกลับนี้อาจล้มเหลว ส่งผลให้มีพลังงานลดลง เป็นโรค และในที่สุด ความตาย.

Latorre-Pellicer et al. 1 รายงานว่าการถ่ายโอน DNA ของไมโตคอนเดรีย (mtDNA) จากหนูเมาส์สายพันธุ์หนึ่งไปยังอีกสายพันธุ์หนึ่งมีผลกระทบอย่างเด่นชัดต่อชีววิทยา โดยแสดงให้เห็นว่าการแปรผันทางพันธุกรรมของไมโตคอนเดรียไม่เป็นกลาง และปฏิกิริยาระหว่างไมโตคอนเดรียกับนิวเคลียร์มีความสำคัญต่อสรีรวิทยาของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม Mitochondrial function is directly influenced by environmental changes, so the mitochondrion must have a central role in mediating between environmental perturbations and genomic responses. High-energy molecules produced by mitochondria modify the cytoplasmic signalling proteins and 'epigenomic' proteins that regulate nuclear DNA (nDNA) expression. These changes reprogram gene expression, altering expression of nDNA- and mtDNA-derived proteins that act in and on the mitochondria — these alterations feed back on mitochondrial function. If energetic homeostasis can be re-established, health and longevity are preserved. However, if genetic or environmental changes are too extreme, energy production declines, leading to disease and even death.

Latorre-Pellicer and colleagues' study provides direct evidence that naturally occurring mtDNA variation is fundamental to an individual's characteristics and health. This information supports a model whereby mitochondrial physiological states determined by mtDNA variation sense environmental perturbations and send the appropriate signals to the nucleus to produce the optimal gene-expression response. Footnote 1


Acin-Perez, R., Fernandez-Silva, P., Peleato, M. L., Perez-Martos, A., and Enriquez, J. A. (2008). Respiratory active mitochondrial supercomplexes. มล. เซลล์ 32, 529�. doi: 10.1016/j.molcel.2008.10.021

Alirol, E., and Martinou, J. C. (2006). Mitochondria and cancer: is there a morphological connection? เนื้องอก 25, 4706�. doi: 10.1038/sj.onc.1209600

Bachmair, A., Finley, D., and Varshavsky, A. (1986). ในร่างกาย half-life of a protein is a function of its amino-terminal residue. ศาสตร์ 234, 179�. doi: 10.1126/science.3018930

Balzi, E., Choder, M., Chen, W. N., Varshavsky, A., and Goffeau, A. (1990). Cloning and functional analysis of the arginyl-tRNA-protein transferase gene ATE1 of Saccharomyces cerevisiae. เจ. ไบโอล. เคมี. 265, 7464�.

Barrientos, A., Fontanesi, F., and Diaz, F. (2009). Evaluation of the mitochondrial respiratory chain and oxidative phosphorylation system using polarography and spectrophotometric enzyme assays. สกุลเงิน โพรโทค ฮึ่ม ยีนต์. 63, 19.3.1�.3.14. doi: 10.1002/0471142905.hg1903s63

Barrientos, A., Korr, D., and Tzagoloff, A. (2002). Shy1p is necessary for full expression of mitochondrial COX1 in the yeast model of Leigh's syndrome. เอ็มบีโอ เจ 21, 43�. doi: 10.1093/emboj/21.1.43

Birnbaum, M. D., Zhao, N., Moorthy, B. T., Patel, D. M., Kryvenko, O. N., Heidman, L., et al. (2019). Reduced arginyltransferase 1 is a driver and a potential prognostic indicator of prostate cancer metastasis. เนื้องอก 38, 838�. doi: 10.1038/s41388-018-0462-2

Bock, R. (2017). Witnessing genome evolution: experimental reconstruction of endosymbiotic and horizontal gene transfer. อันนุ. รายได้ Genet 51, 1�. doi: 10.1146/annurev-genet-120215-035329

Bongiovanni, G., Fissolo, S., Barra, H. S., and Hallak, M. E. (1999). Posttranslational arginylation of soluble rat brain proteins after whole body hyperthermia. เจ. ประสาทวิทยา. Res. 56, 85�.

Brower, C. S., and Varshavsky, A. (2009). Ablation of arginylation in the mouse N-end rule pathway: loss of fat, higher metabolic rate, damaged spermatogenesis, neurological perturbations. PLOS ONE 4:e7757. doi: 10.1371/journal.pone.0007757

Buffet, A., Burnichon, N., Favier, J., and Gimenez-Roqueplo, A. (2020). An overview of 20 years of genetic studies in pheochromocytoma and paraganglioma. การปฏิบัติที่ดีที่สุด ความละเอียด คลินิก เอ็นโดครินอล Metab. 34:101416. doi: 10.1016/j.beem.2020.101416

Carpio, M. A., Decca, M. B., Lopez Sambrooks, C., Durand, E. S., Montich, G. G., and Hallak, M. E. (2013). Calreticulin-dimerization induced by post-translational arginylation is critical for stress granules scaffolding. อินเตอร์ เจ. ไบโอเคม. Cell Biol. 45, 1223�. doi: 10.1016/j.biocel.2013.03.017

Carpio, M. A., Lopez Sambrooks, C., Durand, E. S., and Hallak, M. E. (2010). The arginylation-dependent association of calreticulin with stress granules is regulated by calcium. ไบโอเคมี. NS. 429, 63�. doi: 10.1042/BJ20091953

Clemente, P., Peralta, S., Cruz-Bermudez, A., Echevarria, L., Fontanesi, F., Barrientos, A., et al. (2013). hCOA3 stabilizes cytochrome C oxidase 1 (COX1) and promotes cytochrome C oxidase assembly in human mitochondria. เจ. ไบโอล. เคมี. 288, 8321�. doi: 10.1074/jbc.M112.422220

Decca, M. B., Carpio, M. A., Bosc, C., Galiano, M. R., Job, D., Andrieux, A., et al. (2007). Post-translational arginylation of calreticulin: a new isospecies of calreticulin component of stress granules. เจ. ไบโอล. เคมี. 282, 8237�. doi: 10.1074/jbc.M608559200

Deka, K., Singh, A., Chakraborty, S., Mukhopadhyay, R., and Saha, S. (2016). Protein arginylation regulates cellular stress response by stabilizing HSP70 and HSP40 transcripts. Cell Death Discov. 2:16074. doi: 10.1038/cddiscovery.2016.74

Fernandez-Vizarra, E., Ferrin, G., Perez-Martos, A., Fernandez-Silva, Z. M., and Enriquez, J. A. (2010). Isolation of mitochondria for biogenetical studies: an update. ไมโตคอนเดรีย 10, 253�. doi: 10.1016/j.mito.2009.12.148

Gogvadze, V., Orrenius, S., and Zhivotovsky, B. (2008). Mitochondria in cancer cells: what is so special about them? Trends Cell Biol. 18, 165�. doi: 10.1016/j.tcb.2008.01.006

Graciet, E., Hu, R. G., Piatkov, K., Rhee, J. H., Schwarz, E. M., and Varshavsky, A. (2006). Aminoacyl-transferases and the N-end rule pathway of prokaryotic/eukaryotic specificity in a human pathogen. Proc. นัท อเคด. วิทย์. U.S.A. 103, 3078�. doi: 10.1073/pnas.0511224103

Hu, R. G., Brower, C. S., Wang, H., Davydov, I. V., Sheng, J., Zhou, J., et al. (2006). Arginyltransferase, its specificity, putative substrates, bidirectional promoter, splicing-derived isoforms. เจ. ไบโอล. เคมี. 281, 32559�. doi: 10.1074/jbc.M604355200

Hu, R. G., Sheng, J., Qi, X., Xu, Z., Takahashi, T. T., and Varshavsky, A. (2005). The N-end rule pathway as a nitric oxide sensor controlling the levels of multiple regulators. ธรรมชาติ 437, 981�. doi: 10.1038/nature04027

Ingoglia, N. A., Ramanathan, M., Zhang, N., Tzeng, B., Mathur, G., Opuni, K., et al. (2000). What is the signal for the posttranslational arginylation of proteins? Neurochem. Res. 25, 51�. doi: 10.1023/A:1007535331560

Jack, D. L., Chakraborty, G., and Ingoglia, N. A. (1992). Ubiquitin is associated with aggregates of arginine modified proteins in injured nerves. Neuroreport 3, 47�. doi: 10.1097/00001756-199201000-00012

Janeway, C. A. Jr., and Medzhitov, R. (2002). Innate immune recognition. อันนุ. Rev. Immunol. 20, 197�. doi: 10.1146/annurev.immunol.20.083001.084359

Kim, H. J., Kim, S. Y., Kim, D. H., Park, J. S., Jeong, S. H., Choi, Y. W., et al. (2020). Crosstalk between HSPA5 arginylation and sequential ubiquitination leads to AKT degradation through autophagy flux. ออโตฟาจี 2020, 1�. doi: 10.1080/15548627.2020.1740529

Kumar, A., Birnbaum, M. D., Patel, D. M., Morgan, W. M., Singh, J., Barrientos, A., et al. (2016). Posttranslational arginylation enzyme Ate1 affects DNA mutagenesis by regulating stress response. Cell Death Dis. 7:e2378. doi: 10.1038/cddis.2016.284

Kumar, A., Tikoo, S., Maity, S., Sengupta, S., Kaur, A., and Bachhawat, A. K. (2012). Mammalian proapoptotic factor ChaC1 and its homologues function as gamma-glutamyl cyclotransferases acting specifically on glutathione. EMBO Rep. 13, 1095�. doi: 10.1038/embor.2012.156

Kurosaka, S., Leu, N. A., Pavlov, I., Han, X., Ribeiro, P. A., Xu, T., et al. (2012). Arginylation regulates myofibrils to maintain heart function and prevent dilated cardiomyopathy. เจ โมล. เซลล์. Cardiol. 53, 333�. doi: 10.1016/j.yjmcc.2012.05.007

Kurosaka, S., Leu, N. A., Zhang, F., Bunte, R., Saha, S., Wang, J., et al. (2010). Arginylation-dependent neural crest cell migration is essential for mouse development. PLoS Genet. 6:e1000878. doi: 10.1371/journal.pgen.1000878

Kwon, Y. T., Kashina, A. S., Davydov, I. V., Hu, R. G., An, J. Y., Seo, J. W., et al. (2002). An essential role of N-terminal arginylation in cardiovascular development. ศาสตร์ 297, 96�. doi: 10.1126/science.1069531

Leu, N. A., Kurosaka, S., and Kashina, A. (2009). Conditional Tek promoter-driven deletion of arginyltransferase in the germ line causes defects in gametogenesis and early embryonic lethality in mice. PLOS ONE 4:e7734. doi: 10.1371/journal.pone.0007734

Lopez Sambrooks, C., Carpio, M. A., and Hallak, M. E. (2012). Arginylated calreticulin at plasma membrane increases susceptibility of cells to apoptosis. เจ. ไบโอล. เคมี. 287, 22043�. doi: 10.1074/jbc.M111.338335

Lowry, O. H., Rosebrough, N. J., Farr, A. L., and Randall, R. J. (1951). Protein measurement with the Folin phenol reagent. เจ. ไบโอล. เคมี. 193, 265�.

Luo, D., Chakraborty, G., and Ingoglia, N. A. (1990). Post-translational modification of proteins by arginine and lysine following crush injury and during regeneration of rat sciatic nerves. Restor. นิวโรล. ประสาทวิทยา. 2, 53�. doi: 10.3233/RNN-1990-2201

Majmundar, A. J., Wong, W. J., and Simon, M. C. (2010). Hypoxia-inducible factors and the response to hypoxic stress. มล. เซลล์ 40, 294�. doi: 10.1016/j.molcel.2010.09.022

Mills, E., and O'Neill, L. A. (2014). Succinate: a metabolic signal in inflammation. Trends Cell Biol. 24, 313�. doi: 10.1016/j.tcb.2013.11.008

Nicholls, D. G., and Ward, M. W. (2000). Mitochondrial membrane potential and neuronal glutamate excitotoxicity: mortality and millivolts. Trends Neurosci. 23, 166�. doi: 10.1016/S0166-2236(99)01534-9

Ocampo, A., Liu, J., Schroeder, E. A., Shadel, G. S., and Barrientos, A. (2012). Mitochondrial respiratory thresholds regulate yeast chronological life span and its extension by caloric restriction. Cell Metab. 16, 55�. doi: 10.1016/j.cmet.2012.05.013

Pearce, E. L., and Pearce, E. J. (2013). Metabolic pathways in immune cell activation and quiescence. ภูมิคุ้มกัน 38, 633�. doi: 10.1016/j.immuni.2013.04.005

Rai, R., Colavita, K., Leu, N. A., Kurosaka, S., Kumar, A., Birnbaum, M. D., et al. (2015). Arginyltransferase suppresses cell tumorigenic potential and inversely correlates with metastases in human cancers. เนื้องอก 35, 4058�. doi: 10.1038/onc.2015.473

Rai, R., and Kashina, A. (2005). Identification of mammalian arginyltransferases that modify a specific subset of protein substrates. Proc. นัท อเคด. วิทย์. U.S.A. 102, 10123�. doi: 10.1073/pnas.0504500102

Rai, R., Mushegian, A., Makarova, K., and Kashina, A. (2006). Molecular dissection of arginyltransferases guided by similarity to bacterial peptidoglycan synthases. EMBO Rep. 7, 800�. doi: 10.1038/sj.embor.7400747

Saha, S., and Kashina, A. (2011). Posttranslational arginylation as a global biological regulator. กำลังพัฒนา ไบโอล. 58, 1𠄸. doi: 10.1016/j.ydbio.2011.06.043

Shyne-Athwal, S., Chakraborty, G., Gage, E., and Ingoglia, N. A. (1988). Comparison of posttranslational protein modification by amino acid addition after crush injury to sciatic and optic nerves of rats. ประสบการณ์ Neurol. 99, 281�. doi: 10.1016/0014-4886(88)90148-3

Tannahill, G. M., Curtis, A. M., Adamik, J., Palsson-McDermott, E. M., McGettrick, A. F., Goel, G., et al. (2013). Succinate is an inflammatory signal that induces IL-1 beta through HIF-1 alpha. ธรรมชาติ 496, 238�. doi: 10.1038/nature11986

Tasaki, T., Sriram, S. M., Park, K. S., and Kwon, Y. T. (2012). The N-end rule pathway. อันนุ. Rev. Biochem. 81, 261�. doi: 10.1146/annurev-biochem-051710-093308

Tran, Q., Lee, H., Park, J., Kim, S. H., and Park, J. (2016). Targeting cancer metabolism - revisiting the warburg effects. Toxicol Res. 32, 177�. doi: 10.5487/TR.2016.32.3.177

Van Vranken, J. G., Na, U., Winge, D. R., and Rutter, J. (2015). Protein-mediated assembly of succinate dehydrogenase and its cofactors. คริติคอล รายได้ Biochem. มล. ไบโอล. 50, 168�. doi: 10.3109/10409238.2014.990556

Varshavsky, A. (2011). The N-end rule pathway and regulation by proteolysis. Protein Sci. 20, 1298�. doi: 10.1002/pro.666

Viale, A., Corti, D., and Draetta, G. F. (2015). Tumors and mitochondrial respiration: a neglected connection. Cancer Res. 75, 3685�. doi: 10.1158/0008-5472.CAN-15-0491

Wang, J., Han, X., Saha, S., Xu, T., Rai, R., Zhang, F., et al. (2011). Arginyltransferase is an ATP-independent self-regulating enzyme that forms distinct functional complexes ในร่างกาย. เคมี. ไบโอล. 18, 121�. doi: 10.1016/j.chembiol.2010.10.016

Wang, J., Pavlyk, I., Vedula, S. S., Leu, N. A., Dong, D. W., and Kashina, A. (2017). Arginyltransferase ATE1 is targeted to the neuronal growth cones and regulates neurite outgrowth during brain development. กำลังพัฒนา ไบโอล. 430, 41�. doi: 10.1016/j.ydbio.2017.08.027

Wang, Y. M., and Ingoglia, N. A. (1997). N-terminal arginylation of sciatic nerve and brain proteins following injury. Neurochem. Res. 22, 1453�. doi: 10.1023/A:1021998227237

Wiley, D. J., D'Urso, G., and Zhang, F. L. (2020). Posttranslational arginylation enzyme arginyltransferase1 shows genetic interactions with specific cellular pathways ในร่างกาย. ด้านหน้า. Physiol. 11:427. doi: 10.3389/fphys.2020.00427

Williams, T. A., Foster, P. G., Cox, C. J., and Embley, T. M. (2013). An archaeal origin of eukaryotes supports only two primary domains of life. ธรรมชาติ 504, 231�. doi: 10.1038/nature12779

Xu, N. S., Chakraborty, G., Hassankhani, A., and Ingoglia, N. A. (1993). N-terminal arginylation of proteins in explants of injured sciatic nerves and embryonic brains of rats. Neurochem. Res. 18, 1117�. doi: 10.1007/BF00978361

Zhang, F., Patel, D. M., Colavita, K., Rodionova, I., Buckley, B., Scott, D. A., et al. (2015). Arginylation regulates purine nucleotide biosynthesis by enhancing the activity of phosphoribosyl pyrophosphate synthase. แนท. Commun. 6:7517. doi: 10.1038/ncomms8517

Zhang, F., Saha, S., and Kashina, A. (2012). Arginylation-dependent regulation of a proteolytic product of talin is essential for cell-cell adhesion. J. Cell Biol. 197, 819�. doi: 10.1083/jcb.201112129

Zhong, Q., Gao, W. H., Du, F. H., and Wang, X. D. (2005). Mule/ARF-BP1, a BH3-only E3 ubiquitin ligase, catalyzes the polyubiquitination of Mcl-1 and regulates apoptosis. เซลล์ 121, 1085�. doi: 10.1016/j.cell.2005.06.009

Keywords: arginylation, arginyltransferase, mitochondria, biogenesis, respiration, respiratory chain complexes

Citation: Jiang C, Moorthy BT, Patel DM, Kumar A, Morgan WM, Alfonso B, Huang J, Lampidis TJ, Isom DG, Barrientos A, Fontanesi F and Zhang F (2020) Regulation of Mitochondrial Respiratory Chain Complex Levels, Organization, and Function by Arginyltransferase 1. ด้านหน้า. ผู้พัฒนาเซลล์ ไบโอล. 8:603688. doi: 10.3389/fcell.2020.603688

Received: 07 September 2020 Accepted: 23 November 2020
Published: 21 December 2020.

Cesare Indiveri, University of Calabria, Italy

Brijesh Kumar Singh, Duke-NUS Medical School, Singapore
Steven Michael Claypool, Johns Hopkins University, United States

Copyright © 2020 Jiang, Moorthy, Patel, Kumar, Morgan, Alfonso, Huang, Lampidis, Isom, Barrientos, Fontanesi and Zhang. นี่เป็นบทความแบบเปิดที่เผยแพร่ภายใต้เงื่อนไขของ Creative Commons Attribution License (CC BY) อนุญาตให้ใช้ แจกจ่าย หรือทำซ้ำในฟอรัมอื่นได้ โดยต้องให้เครดิตผู้แต่งต้นฉบับและเจ้าของลิขสิทธิ์ และมีการอ้างถึงสิ่งพิมพ์ต้นฉบับในวารสารนี้ตามหลักปฏิบัติทางวิชาการที่เป็นที่ยอมรับ ไม่อนุญาตให้ใช้ แจกจ่าย หรือทำซ้ำซึ่งไม่เป็นไปตามข้อกำหนดเหล่านี้

† Present address: Chunhua Jiang, Pharmacology Center, Zhongqi Pharmaceutical Technology (Shijiazhuang) Co., Ltd., China Shijiazhuang Pharmaceutical Company, Shijiazhuang, China
Devang M. Patel, Department of Diabetes, Monash University, Melbourne, VIC, Australia
Akhilesh Kumar, Department of Botany, Banaras Hindu University, Varanasi, India