Yaşlanma Sürecinde Mitokondrinin Rolü
DOI:
https://doi.org/10.46291/ICONTECHvol4iss3pp1-10Anahtar Kelimeler:
Mitokondrial DNA; mitokondiri; yaşlanma; serbest radikaller; oksidatif stresÖzet
ÖZET
Mitokondri, hücresel fonksiyonlarda kullanılan ATP'yi üreten hücrenin güç merkezleri olarak tanımlanmaktadır. Mitokondriyal disfonksiyon yaşlanma sürecinin önemli bir parçasını oluşturmaktadır. Hücreler yaşlandıkça solunum zincirinin etkinliği azalmakta, elektron kaçağı artarak ve ATP oluşumunu azalmasına neden olmaktadır. Farklı hücre tipleri farklı sayıda mitokondriye sahiptir ve kendi DNA’larına sahip oldukları için, içinde bulundukları hücreden bağımsız olarak bölünebilmektedirler. Diğer bir ifadeyle, mitokondriyal replikasyon hücre bölünmesine bağlı değildir. Üreme sırasında, bir çocuğun DNA'sının yarısı babalarından, yarısı da annelerinden gelmektedir. Bununla birlikte, çocuk her zaman Mitokondriyal DNA’larını (mtDNA) annelerinden almaktadır. Mitokondriyal hastalıkların çoğunluğu, mitokondriye neden olan ürünleri etkileyen nükleer DNA'daki mutasyonlardan kaynaklanmaktadır. Bu mutasyonlar kalıtsal veya kendiliğinden olabilmektedir. Mitokondri çalışmayı bıraktığında, içinde bulundukları hücre enerjiden yoksun kalır. Bu nedenle, hücrenin tipine bağlı olarak semptomlar büyük ölçüde değişebilmektedir. Kalp kası hücreleri ve sinirler gibi en çok miktarda enerjiye ihtiyaç duyan hücreler, en çok hatalı mitokondrilerden etkilenmektedir. 62 yıl önce Harman, yaşlanmaya reaktif oksijen türleri (ROS) ile oluşan makromolekül hasarının aracılık ettiğini ileri sürmüştür. ROS mitokondride enerji üretiminin bir yan ürünü olarak üretilir ve bu yapılar DNA'ya, yağlara ve proteinlere zarar vermektedir. Artık yaşlanmada hedef mitokondriye odaklanmıştır. Yapılan çalışmalar, oksidatif stresin, mitokondriyal DNA mutasyonlarının, mitokondri turnover'ındaki azalmanın hücresel yaşlanmaya aracılık ettiğini ortaya koymaktadır. Bu derlemede, mitokondrinin insan yaşlanma sürecindeki rolü, elde edilen son bulgular temelinde gözden geçirilmesi hedeflenmiştir.
Anahtar Kelimeler: Mitokondrial DNA; mitokondri; yaşlanma; serbest radikaller; oksidatif stres
Referanslar
KAYNAKLAR
Alexeyev M.F. Is there more to aging than mitochondrial DNA and reactive oxygen species? FEBS J. 2009;276:5768-5787
Balaban RS, Nemoto S, Finkel T Review Mitochondria, oxidants, and aging. Cell. 2005 Feb 25; 120(4):483-95.
Benzi G, Pastoris O, Marzatico F, Villa RF, Dagani F, Curti D. The mitochondrial electron transfer alteration as a factor involved in the brain aging. Neurobiol Aging. 1992;13(3):361-8
Bokov A, Chaudhuri A., Richardson A. The role of oxidative damage and stress in aging Mech. Ageing Dev. 2004;125:811-826
Brierley EJ, Johnson MA, James OF, Turnbull DM. Mitochondrial involvement in the ageing process. Facts and controversies. Mol Cell Biochem. 1997;174(1-2):325-8.
Bua E, Johnson J., Herbst A., Delong B., McKenzie D., Salamat S, Aiken J.M. Mitochondrial DNA-deletion mutations accumulate intracellularly to detrimental levels in aged human skeletal muscle fibers Am. J. Hum. Genet. 2006;79:469-480
Chinnery P.F. Mitochondrial disease in adults: what’s old and what’s new? EMBO Mol. Med., 7 (2015), pp. 1503-1512 , 18.
Cortopassi G.A., Arnheim N. Detection of a specific mitochondrial DNA deletion in tissues of older humans Nucleic Acids Res. 1990;18:6927-6933
Desquilbet L, Jacobson L.P., Fried L.P., Phair J.P., Jamieson B.D., Holloway M., Margolick J.B. Multicenter AIDS Cohort Study HIV-1 infection is associated with an earlier occurrence of a phenotype related to frailty J. Gerontol. A Biol. Sci. Med. Sci. 2007;62:1279-1286
Evans WJ. Protein nutrition, exercise and aging. J Am Coll Nutr. 2004;23(6 Suppl):601S-609S.
Fernández-Vizarra E, Enriquez JA, Pérez-Martos A, Montoya J, Fernández-Silva P. Mitochondrial gene expression is regulated at multiple levels and differentially in the heart and liver by thyroid hormones. Curr Genet. 2008;54(1):13-22.
Fraga CG, Shigenaga MK, Park JW, Degan P, Ames BN. Oxidative damage to DNA during aging: 8-hydroxy-2'-deoxyguanosine in rat organ DNA and urine. Proc Natl Acad Sci U S A. 1990 Jun; 87(12):4533-7.
Goodpaster B.H., Park S.W., Harris T.B., Kritchevsky S.B., Nevitt M., Schwartz A.V., Simonsick E.M., Tylavsky F.A., Visser M., Newman A.B. . The loss of skeletal muscle strength, mass, and quality in older adults: the health, aging and body composition study J. Gerontol. A Biol. Sci. Med. Sci., 61 2006;61:1059-1064.
Greaves L.C., Nooteboom M., Elson J.L., Tuppen H.A.L., Taylor G.A., Commane D.M., Arasaradnam R.P., Khrapko K., Taylor R.W., Kirkwood T.B.L. Clonal expansion of early to mid-life mitochondrial DNA point mutations drives mitochondrial dysfunction during human ageing PLoS Genet. 2014;10: e1004620
Grey AD de. A proposed refinement of the mitochondrial free radical theory of aging. Bioassays 1997;19(2):161-6.
Grünewald A, Voges L, Rakovic A, Kasten M, Vandebona H, Hemmelmann C, Lohmann K, Orolicki S, Ramirez A, Schapira AH, Pramstaller PP, Sue CM, Klein C.Mutant Parkin impairs mitochondrial function and morphology in human fibroblasts. PLoS One. 2010 Sep 27; 5(9):e12962.
Guaraldi G., Zona S, Alexopoulos N., Orlando G., Carli F., Ligabue G., Fiocchi F., Lattanzi A., Rossi R, Modena M.G., et al. Coronary aging in HIV-infected patients Clin. Infect. Dis. 2009;49: 1756-1762
Hamilton WD. The moulding of senescence by natural selection J Theor Biol. 1966 Sep; 12(1):12-45.
Harman D. Aging: a theory based on free radical and radiation chemistry. J Gerontol. 1956 Jul; 11(3):298-300.
Harman D. The biologic clock: the mitochondria? J. Am. Geriatr. Soc. 1972;20:145-147
Herbener GH. A morphometric study of age-dependent changes in mitochondrial population of mouse liver and heart. J Gerontol. 1976;31(1):8-12
Kazachkova N, Ramos A., Santos C, Lima M. Mitochondrial DNA damage patterns and aging: revising the evidences for humans and mice Aging Dis.2013;4:337-350
Knuever J, Poeggeler B, Gáspár E, Klinger M, Hellwig-Burgel T, Hardenbicker C, Tóth BI, Bíró T, Paus R. Thyrotropin-releasing hormone controls mitochondrial biology in human epidermis. J Clin Endocrinol Metab. 2012;97(3):978-86.
Kujoth G.C., Hiona A., Pugh T.D., Someya S., Panzer K., Wohlgemuth S.E., Hofer T., Seo A.Y., Sullivan R., Jobling W.A., et al. Mitochondrial DNA mutations, oxidative stress, and apoptosis in mammalian aging Science. 2005;309:481-484.
Larsson N.G. Somatic mitochondrial DNA mutations in mammalian aging Annu. Rev. Biochem. 2010;79:683-706
Keogh M.J., Chinnery P.F. Mitochondrial DNA mutations in neurodegeneration Biochim. Biophys. Acta. 2015;1847:1401-1411
Manczak M, Jung Y, Park BS, Partovi D, Reddy PH. Time-course of mitochondrial gene expressions in mice brains: implications for mitochondrial dysfunction, oxidative damage, and cytochrome c in aging J Neurochem. 2005;92(3):494-504.
Marnett LJ, Hurd HK, Hollstein MC, Levin DE, Esterbauer H, Ames. Naturally occurring carbonyl compounds are mutagens in Salmonella tester strain TA104. BN Mutat Res. 1985 Jan-Feb; 148(1-2):25-34.
Navarro A, Boveris A. The mitochondrial energy transduction system and the aging process. Am J Physiol Cell Physiol. 2007;292(2):C670-86.
Nisoli E, Tonello C, Cardile A, Cozzi V, Bracale R, Tedesco L, Falcone S, Valerio A, Cantoni O, Clementi E, Moncada S, Carruba MO. Calorie restriction promotes mitochondrial biogenesis by inducing the expression of eNOS. Science. 2005;310(5746):314-7.
Ojaimi J, Masters CL, Opeskin K, McKelvie P, Byrne E. Mitochondrial respiratory chain activity in the human brain as a function of age. Mech Ageing Dev. 1999;2; 111(1):39-47.
Payne B.A.I., Wilson I.J., Hateley C.A., Horvath R., Santibanez-Koref, M. Samuels D.C., Price D.A., Chinnery P.F. Mitochondrial aging is accelerated by anti-retroviral therapy through the clonal expansion of mtDNA mutations Nat. Genet. 2011;41: 806-810
Picard M, Ritchie D, Wright KJ, Romestaing C, Thomas MM, Rowan SL, Taivassalo T, Hepple RT. Mitochondrial functional impairment with aging is exaggerated in isolated mitochondria compared to permeabilized myofibers. Aging Cell. 2010;9(6):1032-46.
Radak Z, Zhao Z, Koltai E, Ohno H, Atalay M. Oxygen consumption and usage during physical exercise: the balance between oxidative stress and ROS-dependent adaptive signaling Antioxid Redox Signal. 2013;18(10):1208-46.
Ray, A.J.; Turner, R.; Nikaido, O.; Rees, J.L.; Birch-Machin, M.A. The Spectrum of Mitochondrial DNA Deletions is a Ubiquitous Marker of Ultraviolet Radiation Exposure in Human Skin. J. Investig. Dermatol. 2000;115:674–679
Ross J.M., Coppotelli G., Hoffer B.J., Olson L. Maternally transmitted mitochondrial DNA mutations can reduce lifespan Sci. Rep. 2014;4:6569.
Ross J.M., Stewart J.B., Hagström E., Brené S., Mourier A., Coppotelli G., Freyer C., Lagouge M., Hoffer B.J., Olson L., Larsson N.G.. Germline mitochondrial DNA mutations aggravate ageing and can impair brain development. Nature. 2013:412-415.
Sander M, Oxlund B, Jespersen A, et al. The challenges of human population ageing. Age Ageing 2015; 44: 185–187
Shigenaga M.K., Hagen T.M., B.N. Ames Oxidative damage and mitochondrial decay in aging Proc. Natl. Acad. Sci. 1994;91:10771-10778
Short KR, Bigelow ML, Kahl J, Singh R, Coenen-Schimke J, Raghavakaimal S, Nair KS. Decline in skeletal muscle mitochondrial function with aging in humans. Proc Natl Acad Sci. 2005;12; 102(15):5618-23.
Smith C, Marks AD, Lieberman M (2004). Marks’ Basic Medical Biochemistry: A Clinical Approach. (Second Edition). Lippincott Williams & Wilkins
Sohl, M.R., Szymanski, A.C. Mislak, C.K, Shumate, S. Amiralaei, R.F. Schinazi, K.S. Anderson, Y.W. Yin Probing the structural and molecular basis of nucleotide selectivity by human mitochondrial DNA polymerase γ Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 112 (2015), pp. 8596-8601
Stocco DM, Cascarano J, Wilson MA. Quantitation of mitochondrial DNA, RNA, and protein in starved and starved-refed rat liver. J Cell Physiol. 1977;90(2):295-306.
Stocco DM, Hutson JC. Quantitation of mitochondrial DNA and protein in the liver of Fischer 344 rats during aging. J Gerontol. 1978;33(6):802-9.
Tauchi H, Sato T. Age changes in size and number of mitochondria of human hepatic cells.
Trifunovic A, Wredenberg A, Falkenberg M, Spelbrink J.N., Rovio A.T., Bruder C.E., Bohlooly-Y M., Gidlöf S., Oldfors A., Wibom R, et al. Premature ageing in mice expressing defective mitochondrial DNA polymerase Nature. 2004;429:417-423.
Yan LJ, Sohal RS. Mitochondrial adenine nucleotide translocase is modified oxidatively during aging.. Proc Natl Acad Sci U S A. 1998;27; 95(22):12896-901.
Yen TC, Chen YS, King KL, Yeh SH, Wei YH. Liver mitochondrial respiratory functions decline with age. Biochem Biophys Res Commun. 1989;29;165(3):944-1003.
İndir
Yayınlanmış
Nasıl Atıf Yapılır
Sayı
Bölüm
Lisans
Telif Hakkı (c) 2020 ICONTECH ULUSLARARASI DERGİSİ
Bu çalışma Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License ile lisanslanmıştır.