We sequenced the whole mitochondrial genome of Dendronephthya gigantea (Anthozoa: Octocorallia: Nephteidae), the first mitochondrial genome sequence report in the Family Nephtheidae. The mitochondrial genome of D. gigantea was 18,842 bp in length, and contained 14 protein coding genes (atp6 and 8, cox1-3, cytb, nd1-6 and 4L, and msh1), two ribosomal RNAs, and only one transfer RNA. The gene content and gene order is identical to other octocorals sequenced to date. The portion of the noncoding regions is slightly larger than the other octocorals (5.08% compared to average 3.98%). We expect that the information of gene content, gene order, codon usage, noncoding region and protein coding gene sequence could be used in the further analysis of anthozoan phylogeny.
Alzheimer's disease (AD) is neurodegenerative disease, characterized by the progressive decline of memory, cognitive functions, and changes in personality. The major pathological features in postmortem brains are neurofibrillary tangles and amyloid beta ($A{\beta}$) deposits. The majority of AD cases are sporadic and age-related. Although AD pathogenesis has not been established, aging and declining mitochondrial function has been associated. Mitochondrial dysfunction has been observed in AD patients' brains and AD mice models, and the mice with a genetic defect in mitochondrial complex I showed enhanced $A{\beta}$ level in vivo. To elucidate the role of mitochondrial complex I in AD, we used SH-SY5Y cells transfected with DNA constructs expressing human amyloid precursor protein (APP) or human Swedish APP mutant (APP-swe). The expression of APP-swe increased the level of $A{\beta}$ protein in comparison with control. When complex I was inhibited by rotenone, the increase of ROS level was remarkably higher in the cells overexpressing APP-swe compared to control. The number of dead cell was significantly increased in APP-swe-expressing cells by complex I inhibition. We suggest that complex I dysfunction accelerate amyloid toxicity and mitochondrial complex I dysfunction in aging may contribute to the pathogenesis of sporadic AD.
Proceedings of the Microbiological Society of Korea Conference
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2002.10a
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pp.76-78
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2002
Heat shock proteins (HSPs) are induced in most living cells by mild heat treatment, ethanol, heavy metal ions and hypoxia. In yeast Saccharomyces cerevisiae, mild heat pretreatment strongly induces Hsp104 and thus provide acquired thermotolerance. The ability of hsp104 deleted mutant $({\triangle}hsp104)$ to acquire tolerance to extreme temperature is severely impaired. In providing thermotolerance, two ATP binding domains are indispensible, as demonstrated in ClpA and ClpB proteases of E. coli. The mechanisms by which Hsp104 protects cells from severe heat stress are not yet completely elucidated. We have investigated regulation of mitochondrial metabolic pathways controlled by the functional Hsp104 protein using $^{13}C_NMR$ spectroscopy and observed that the turnover rate of TCA cycle was enhanced in the absence of Hsp104. Production of ROS, which are toxic to kill cells radiply via oxidative stress, was also examined by fluorescence assay. Mitochondrial dysfunction was manifested in increased ROS levels and higher sensitivity for oxidative stress in the absence of Hsp104 protein expressed. Finally, we have identified mitochondrial complex I and Ferritin as binding protein(s) of Hsp104 by yeast two hybrid experiment. Based on these observations, we suggest that Hsp104 protein functions as a protector of oxidative stress via either keeping mitochondrial integrity, direct binding to mitochonrial components or regulating metal-catalyzed redox chemistry.
The mitochondrial genome encodes 13 proteins that are components of the oxidative phosphorylation system (OXPHOS), suggesting that precise regulation of these genes is crucial for maintaining OXPHOS functions, including ATP production, calcium buffering, cell signaling, ROS production, and apoptosis. Furthermore, heteroplasmy or mis-regulation of gene expression in mitochondria frequently is associated with human mitochondrial diseases. Thus, various approaches have been developed to investigate the roles of genes encoded by the mitochondrial genome. In this review, we will discuss a wide range of techniques available for investigating the mitochondrial genome, mitochondrial transcription, and mitochondrial translation, which provide a useful guide to understanding mitochondrial gene expression.
Mitochondrial heat shock protein 75 (mtHSP75) is a member of the HSP90 family and plays essential roles in refolding proteins of the mitochondrial matrix. Mitochondria provide energy in the form of ATP and generate reactive oxygen species (ROS). Heat shock proteins (HSPs) are activated in response to stress, and protect cells. In this study, we characterized the mtHSP75 of the big-belly seahorse Hippocampus abdominalis. The protein (BsmtHSP75) is encoded by an open reading frame (ORF) of 2,157 nucleotides, has 719 amino acids (aa), and is of molecular mass 82 kDa. BsmtHSP75 has two functional domains, a histidine kinase-like ATPase (HATPase_c) domain (123-276 aa) and an HSP90 family domain (302-718 aa). BsmtHSP75 was expressed in all tested tissues of healthy seahorses. The ovary contained the highest transcription level, followed (in order) by the blood, brain, and muscle. Pouch tissue showed the lowest expression level. The expression of BsmtHSP75 was significantly (P<0.05) up-regulated on viral or bacterial challenge, suggesting that BsmtHSP75 plays a role in the immune defense against bacterial and viral pathogens.
Translocator protein 18 kDa (TSPO) is a mitochondrial outer membrane protein and is abundantly expressed in a variety of organ and tissues. To date, the functional role of TSPO on vascular endothelial cell activation has yet to be fully elucidated. In the present study, the phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA, 250 nM), an activator of protein kinase C (PKC), was used to induce vascular endothelial activation. Adenoviral TSPO overexpression (10-100 MOI) inhibited PMA-induced vascular cell adhesion molecule-1 (VCAM-1) and intracellular cell adhesion molecule-1 (ICAM-1) expression in a dose dependent manner. PMA-induced VCAM-1 expressions were inhibited by Mito-TEMPO ($0.1-0.5{\mu}m$), a specific mitochondrial antioxidants, and cyclosporin A ($1-5{\mu}m$), a mitochondrial permeability transition pore inhibitor, implying on an important role of mitochondrial reactive oxygen species (ROS) on the endothelial activation. Moreover, adenoviral TSPO overexpression inhibited mitochondrial ROS production and manganese superoxide dismutase expression. On contrasts, gene silencing of TSPO with siRNA increased PMA-induced VCAM-1 expression and mitochondrial ROS production. Midazolam ($1-50{\mu}m$), TSPO ligands, inhibited PMA-induced VCAM-1 and mitochondrial ROS production in endothelial cells. These results suggest that mitochondrial TSPO can inhibit PMA-induced endothelial inflammation via suppression of VCAM-1 and mitochondrial ROS production in endothelial cells.
FUN14 domain-containing protein 1 (FUNDC1), an outer mitochondrial membrane protein, contributes to removal of damaged mitochondria through mitophagy. In this study, to elucidate the role of the FUNDC1 in the amyloid beta peptide (Aβ)-induced neuropathy, changes in the degree of mitochondrial dysfunction and cell injury caused by Aβ treatment were examined in the HT-22 neuronal cells in which the FUNDC1 expression was transiently silenced or overexpressed. We found that Aβ treatment causes a time-dependent decrease of the FUNDC1 expression. In the Aβ-treated cells, there were a drop in MTT reduction ability, depletion of cellular ATP, disruption of mitochondrial membrane potential, stimulation of cellular ROS production, and increased mitochondrial Ca2+ load. Activation of caspase-3 and induction of apoptotic cell death were also observed. Transient silencing of the FUNDC1 expression by transfection with the FUNDC1 small interfering RNA per se caused mitochondrial dysfunction and apoptotic cell death like the effect of Aβ treatment. Conversely, in cells in which the FUNDC1 was transiently overexpressed by FUNDC1-Myc transfection, overexpression itself had no effect on the mitochondrial functional integrity and cell survival but showed a significant prevention effect against mitochondrial and cell injury caused by Aβ treatment. Overall, these results suggest that the FUNDC1 is importantly involved in the Aβ-induced mitochondrial dysfunction and cell injury in the HT-22 neuronal cells.
The present study was performed to compare the mitochondrial genomes between 2 Spirometra tapeworms, Spirometra erinaceieuropaei and Spirometra decipiens (Cestoidea: Diphyllobothriidae), which larval stages are important etiological agents of sparganosis in humans. For each species, the full mitochondrial genome was amplified in 8 overlapping fragments using total genomic DNA purified from a single worm as the template. The mitochondrial genomes were 13,643 bp (S. erinaceieuropaei) and 13,641 bp (S. decipiens) in length and contained 36 genes; 12 protein-coding genes, 2 ribosomal RNA (rRNA, small and large subunits), and 22 transfer RNAs (tRNAs). The 12 protein-coding genes constituted 10,083 bp (S. erinaceieuropaei) and 10,086 bp (S. decipiens) of their respective mitochondrial genomes. The tRNA genes, ranging in length from 56 to 70 bp, were identified based on putative secondary structures such as the typical cloverleaf shape. A total of 23 intergenic sequences, varying from 1 to 204 bp in size, were interspersed in S. erinaceieuropaei (total, 504 bp) and S. decipiens (total, 496 bp) mtDNA. The 12 protein-coding genes of S. erinaceieuropaei and S. decipiens differed by 12.4%, whereas the overall difference in mtDNA sequence between S. erinaceieuropaei and S. decipiens was 12.9%. Thus, from the standpoint of the mitochondrial genome, S. decipiens represents a valid species that can be distinguished from S. erinaceieuropaei.
Mitochondrial DNA (mtDNA), a multicopy genome found in mitochondria, is crucial for oxidative phosphorylation. Mutations in mtDNA can lead to severe mitochondrial dysfunction in tissues and organs with high energy demand. MtDNA mutations are closely associated with mitochondrial and age-related disease. To better understand the functional role of mtDNA and work toward developing therapeutics, it is essential to advance technology that is capable of manipulating the mitochondrial genome. This review discusses ongoing efforts in mitochondrial genome editing with mtDNA nucleases and base editors, including the tools, delivery strategies, and applications. Future advances in mitochondrial genome editing to address challenges regarding their efficiency and specificity can achieve the promise of therapeutic genome editing.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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