ΕΘΝΙΚΟ & ΚΑΠΟΔΙΣΤΡΙΑΚΟ ΠΑNΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ ΤΟΜΕΑΣ ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ ΚΥΤΤΑΡΟΥ ΚΑΙ ΒΙΟΦΥΣΙΚΗΣ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΔΙΠΛΩΜΑ ΕΙΔΙΚΕΥΣΗΣ > ΚΟΥΡΤΗ ΜΑΡΙΑ ΑΜ:

ΓΕΝΙΚΑ… Χαρακτηριστικά ανθρώπινου mtDNA:  Κυκλικό μήκους 16,5Kb  Πολλαπλά αντίγραφα στο ίδιο κύτταρο  37 γονίδια  Νουκλεοειδή: μονάδες μεταβίβασης και κληρονόμησης του mtDNA ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ: Οξειδωτική Φωσφορυλίωση ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΑΤΡ

Το mtDNA έχει υψηλότερο βαθμό μεταλλαγών σε σχέση με το πυρηνικό Μικρό μέγεθος Πολλαπλά αντίγραφα Παρουσία ROS Απουσία επιδιορθωτικών μηχανισμών ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΡΟΚΛΗΣΗΣ mtDNA ΜΕΤΑΛΛΑΓΩΝ: Οξειδωτικο στρες Γήρανση Περιβαλλοντικοί παράγοντες Σημειακές μεταλλαγές Ελλείψεις

ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑΣ mtDNA ΜΕΤΑΛΛΑΓΩΝ Αδρανοποίηση της POLG Οξειδωτικό στρες Παραγωγή ROS Μη ενσωμάτωση νεοεισερχόμενου νουκλεοτιδίου Αδρανοποίηση επιδιορθωτικών ενζύμων OGG1 ΜΤΗ1 Συσσώρευση οξειδωμένων νουκλεοτιδίων mtDNA μεταλλαγές 8-οξογουανίνη Οξειδωμένα dGTPs

Βλάβες στο μηχανισμό αντιγραφής και μεταγραφής του mtDNA: Βλάβη στη περιοχή D-loop Επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες του mtDNA προδιαθέτουν σχηματισμό ελλείψεων  Τροποποίηση της περιοχής του υποκινητή  Τροποποίηση της συγγένειας πρόσδεσης των επαγωγέων/ρυθμιστών

Μεταλλαγμένες μιτοχονδριακές πρωτεΐνες αντιγραφής: ΑΝΤ1(adenine noucleotide translocator) Μεταλλαγές σε μιτοχονδριακά tRNA TWINKLE Μειωμένη διαθεσιμότητα νουκλεοτιδίων Σημειακές μεταλλαγές Ανώμαλες δευτεροταγείς δομές

control Βρωμιούχο αιθίδιο ρ53 POLG Αλληλεπίδραση Εμπλοκή της ρ53 Μεταλλαξογόνοι παράγοντες p53 mtDNA μεταλλαγές POLG Σταθερότητα του mtDNA ρ53 Συσσώρευση μεταλλαγών

Επαγόμενα μονοπάτια

ΜΕΤΑΒΙΒΑΣΗ mtDNA ΜΕΤΑΛΛΑΓΩΝ Ετεροπλασμία: ορισμένα αντίγραφα του mtDNA Ομοπλασμία :όλα τα αντίγραφα τουmtDNA

Σύνδεση mtDNA μεταλλαγών με επιγενετικές ασθένειες 1959: Διαγνώστηκε η πρώτη μιτοχονδριακή διαταραχή. Κλινικά χαρακτηριστικά: έντονη εφίδρωση και κατακράτηση υγρών. Ευρήματα: Αυξημένη δράση ΑΤΡάσης Παρουσία μιτοχονδρίων ποικίλων μεγεθών και παρακρυσταλλικών εγκλείστων 1970: Διάγνωση ανωμαλιών της αναπνευστικής αλυσίδας σε ποικίλες μυοπάθειες : Διάγνωση ανωμαλιών της αναπνευστικής αλυσίδας στο ΚΝΣ Luft R: The development on mitochondrial medicine

Σύνδεση mtDNA μεταλλαγών με επιγενετικές ασθένειες Καρκίνος Επίδραση σε:  Μυϊκό σύστημα  Κεντρικό νευρικό σύστημα  Καρδιά  Γαστρεντερικό σύστημα  Πάγκρεας  Ήπαρ 1988: Ο Scholte δημοσιεύει για πρώτη φορά ότι οι μιτοχονδριακές ασθένειες έχουν βιοχημική βάση

mtDNA μεταλλαγές - Νευροεκφυλισμός Οξειδωτικό στρες Φυσιολογικό γήρας mtDNA ελλείψεις Μεταλλαγές πυρηνικών γονιδίων για μιτοχονδριακές πρωτεΐνες Δυσλειτουργία αναπνευστικής αλυσίδας Μιτοχονδριακή δυσλειτουργία Βασικές νευρολογικές αλλαγές και κυτταρικός θάνατος Νευροεκφυλισμός Περιβαλλοντικές νευροτοξίνες

mtDNA μεταλλαγές – Καρδιαγγειακό σύστημα mtDNA ελλείψεις Δυσλειτουργία της οξειδωτικής φωσφορυλίωσης Υπεροξείδωση και συσσώρευση των LDL Σχηματισμός αθηρωματικής πλάκας

mtDNA μεταλλαγές - Διαβήτης Πρόκειται για μια ηλικιω-εξαρτώμενη νόσο με εκφυλιστικά χαρακτηριστικά Οφείλεται σε mtDNA τροποποιήσεις στο πάγκρεας και στους σκελετικούς μύες Παραγωγή ελευθέρων ριζών και αλκυλίωση του mtDNA ΑΣΘΕΝΕΙΕΣ ΜΙΤΟΧΟΝΔΡΙΑΚΗΣ ΑΙΤΙΟΛΟΓΙΑΣ ΚΛΙΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΓΟΝΟΤΥΠΟΣ mtDNA ΓΟΝΙΔΙΟΤΥΠΟΣ Σύνδρομο Kearns-SayreΜυοπάθεια, οφθαλμοπληγί α, καρδιομυοπάθεια Μια έλλειψη μεγάλου μήκους Ποικίλα γονίδιαετεροπλασμική CΡΕΟ (σποραδική εξωγενής οφθαλμοπληγία) οφθαλμοπληγίαΜια έλλειψη μεγάλου μήκους POLG, TWINKL E, ΑΝΤ1 ετεροπλασμική Σύνδρομο PearsonΓαλακτική οξείδωση, παγκυτταροπε νία Μια έλλειψη μεγάλου μήκους Ποικίλα γονίδιαετεροπλασμική Σύνδρομο LeighΕγκεφαλοπάθεια, γαλακτική οξέωση T>C T>C ND3 Ετεροπλασμική

mtDNA μεταλλαγές - Καρκίνος Σωματικές Μεταλλαγές σε: Μη κωδικές περιοχές (D-loop περιοχή) Κωδικές περιοχές (μιτοχονδριακές πρωτεΐνες, tRNA και rRNA γονίδια. Σημειακές μεταλλαγές Ελλείψεις Προσθήκες Αλλαγές στον αριθμό αντιγράφων Τύποι καρκίνου: Ορθού Νεφρών Θυροειδούς Μαστού Στομάχου Παγκρέατος Προστάτη Τεχνικές: Ανοσοϊστοχημεία Ιστοχημεία PCR Direct sequencing Ανοσοφθορισμός

ΜΕΘΟΔΟΙ ΔΙΑΓΝΩΣΗΣ Βιοψία μυός – Ανοσοϊστοχημεία - Ιστοχημεία Απώλεια COX Ερυθρές ίνες

Ηλεκτρονική μικροσκοπία Southern blotting Ανοσοφθορισμός

mtDNA sequencing RFLP (restriction fragment length polymorphism)

Western blotting p53 Hsp60 PCR Real-time PCR, RT-PCR, Nested PCR

ΘΕΡΑΠΕΙΑ Μείωση παραγωγής ROS με θερμιδικό περιορισμό: Επιπέδων γλουταθειόνης μείωση επιπέδων μεθειονίνης ROS Μείωση οξειδωτικής καταστροφής μέσω αντιοξειδωτικών: π.χ. Καρνιτίνη, βιταμίνη Ε και C Μείωση επιπέδων της 8-οξογουανίνης Ενίσχυση της επιδιόρθωσης του mtDNA: OGG1, MTH1

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Achanta G., Sasaki R., Pelicano H., Huang P., (2005), Novel role of p53 in maintaining mitochondrial genetic stability through interaction with DNA Pol γ, EMBO Journal, 2, Chaturvedi K.R and Flint Beal M., (2008), Mitochondrial approaches for neuroprotection, Ann. N.Y.Acad.Sci.1147: Foley L.D., Craig M.J., Morley R., Olsson J.C., Smith K., Saffery R., (2009), Prospects for epigenetic epidimiology, American Journal of Epidimiology, 169, 4. Kyjoth C.G., Bradshaw C.P., Haroon S., Prolla A.T., (2007), The role of mitochondrial DNA mutations in mammalian aging, vol.3, e24. Larsson N.G., Luft R., (1999), Revolution in mitochondrial medicine, FEBS Letters, 455, Lee C.H., Wei H.Y., (2009), Mitochondrial DNA instability and Metabolic Shift in Human Cancers, Int.J.Mol.Sci., 10, Luft R., (1994), The development of mitochondrial medicine, 91, Mayr A.J., Meierhofer P., Zimmermann F., Kofler B., (2008), Loss of complex I due to mitochondrial DNA mutations in renal oncocytoma, Clin. Cancer Res., 14(8). McFarland R., Turnbull M.D., (2008), Batteries not included: diagnosis and management of mitochondrial disease, Journal of internal Medicine, 10, Mckenzie M., Liolitsa D., Hanna GM., (2004), Mitochondrial disease: mutations and mechanisms, 29,3. Onyango G.I., (2008), Mitochondrial dysfunction and oxidative stress in Parkinson’s disease, Neurochem. Res., 33, Petros A.J., Baummann K.A., Amin B.M., Wallace C.D., (2005), mtDNA mutations increase tumorigenecity in prostate cancer, 102, Reeve K.A., Krishman J.K., Turnbull D., (2008), Mitochondrial DNA mutations in disease, aging, and neurodegeneration, Ann.N.Y.Acad.Sci., 1147, Sammels C.D., Schon A.E., Chinnery F.P., (2004), Two direct repeats cause most human mtDNA deletions, TRENDS in Genetics, 20, 9. Taylor W.R., Turnbull M.D., (2005), Mitochondrial DNA mutations in human disease, Nat. Rev. Genet., 6(5),