Causes and Consequences of Mitochondrial Mutations
线粒体突变的原因和后果
基本信息
- 批准号:10629425
- 负责人:
- 金额:$ 39.21万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2021
- 资助国家:美国
- 起止时间:2021-07-01 至 2026-04-30
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:AffectAgingAtlasesBiological ModelsCell physiologyCharacteristicsComplementComplexDiseaseDisease ProgressionDisparateEnvironmentEquilibriumEukaryotaFrequenciesGenomeHealthHumanInvertebratesLinkLongevityMitochondriaMitochondrial DNAMitochondrial ProteinsModelingMouse StrainsMutationNatural SelectionsNematodaNuclearOrganellesOrganismOxidative PhosphorylationOxidative StressPhysiologicalPhysiological ProcessesPhysiologyPlantsPlayPopulationProcessProductionPropertyProteinsReactive Oxygen SpeciesReplication ErrorResearchRoleSalamanderShapesSourceSuperoxide DismutaseSystemTranscriptWorkdisease-causing mutationhuman diseaseinterestknock-downmetabolic ratemitochondrial genomeoxidative damagetheoriestrait
项目摘要
PROJECT SUMMARY
All complex eukaryotes rely on mitochondria to generate the cellular energy needed to maintain proper
organismal function. Mutations in the mitochondrial genome underly multiple diseases and have been
suggested to play a general role in aging. However, understanding the causes and consequences of
mitochondrial mutations is limited by a focus on mammalian models. We will characterize mitochondrial
mutations and their effects on physiology in diverse eukaryotic systems, including invertebrates, plants, and
micro-eukaryotes. We will address three challenges that have hindered our understanding of mitochondrial
mutations. First, we will use high-fidelity sequencing to characterize rates and types of mitochondrial
mutations across eukaryotes and under different environments (e.g., increased oxidative stress), resulting in a
“mitochondrial mutation atlas”. Of particular interest is the frequency of C -> T transitions resulting from
replication errors vs. G -> T transversions characteristic of oxidative damage. The latter are implicated in aging
theories, but the former have been shown to dominate the mutational landscape in mammalian mitochondrial
genomes. Second, we will quantify distinct states of oxidative phosphorylation, reactive oxygen species (ROS)
production, and metabolic rate in systems with varying sources and rates of mitochondrial mutations to
determine how mutations affect organelle and organismal traits. We will also explore a mechanistic link
between oxidative stress and mitochondrial mutations by increasing ROS via superoxide dismutase
knockdown. Third, we will examine mitonuclear protein and transcript balance in two lineages where closely
related organisms have disparate lifespans: rockfishes and cave salamanders. A shift towards reduced
mitochondrial protein abundances has been identified as a conserved mechanism of longevity in long-lived
strains of mice and nematodes, but it is unknown if natural long-lived populations have altered mitonuclear
protein balance. We will also quantify mitochondrial mutations and physiology in these species to determine
how natural selection may have shaped aging through mitochondrial processes. Overall, this research will
provide a complement to previous work on mammalian models, which show uniformly high mitochondrial
mutation rates. It will further uncover the possibilities for mitochondrial mutations to influence cellular and
organismal processes, with implications for human health, disease progression, and aging.
项目概要
所有复杂的真核生物都依赖线粒体来产生维持正常运转所需的细胞能量。
线粒体基因组的突变是多种疾病的基础,并且已被证实。
建议在衰老过程中发挥一般作用。但是,了解衰老的原因和后果。
线粒体突变受到对哺乳动物模型的关注的限制。
突变及其对不同真核系统生理学的影响,包括无脊椎动物、植物和
我们将解决阻碍我们理解线粒体的三个挑战。
首先,我们将使用高保真测序来表征线粒体的速率和类型。
真核生物和不同环境下的突变(例如氧化应激增加),导致
“线粒体突变图谱”特别令人感兴趣的是 C -> T 转变的频率。
复制错误与 G -> T 颠换是氧化损伤的特征,后者与衰老有关。
理论,但前者已被证明主导哺乳动物线粒体的突变景观
其次,我们将量化氧化磷酸化、活性氧(ROS)的不同状态。
线粒体突变来源和速率不同的系统中的生产和代谢率
确定突变如何影响细胞器和生物特征我们还将探索机制联系。
通过超氧化物歧化酶增加 ROS 来研究氧化应激和线粒体突变之间的关系
第三,我们将检查密切相关的两条线敲击中的线粒体核蛋白和转录本平衡。
相关生物的寿命不同:石斑鱼和洞穴蝾螈的寿命正在减少。
线粒体蛋白质丰度已被确定为长寿的保守机制
小鼠和线虫品系,但尚不清楚自然长寿群体是否具有线粒体核
我们还将量化这些物种的线粒体突变和生理学以确定
总体而言,这项研究将揭示自然选择如何通过线粒体过程塑造衰老。
为之前关于哺乳动物模型的工作提供了补充,这些模型显示出一致的高线粒体水平
它将进一步揭示线粒体突变影响细胞和细胞的可能性。
生物过程,对人类健康、疾病进展和衰老有影响。
项目成果
期刊论文数量(13)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Genomic Signatures of Mitonuclear Coevolution in Mammals.
哺乳动物线粒体核协同进化的基因组特征。
- DOI:
- 发表时间:2022-11-03
- 期刊:
- 影响因子:10.7
- 作者:Weaver, Ryan J;Rabinowitz, Samantha;Thueson, Kiley;Havird, Justin C
- 通讯作者:Havird, Justin C
Mitonuclear sex determination? Empirical evidence from bivalves.
线粒体性别决定?
- DOI:
- 发表时间:2023-07-07
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Smith, Chase H;Mejia;Breton, Sophie;Pinto, Brendan J;Kirkpatrick, Mark;Havird, Justin C
- 通讯作者:Havird, Justin C
articleMitochondrial genomes of acrodont lizards : timing of gene rearrangements and phylogenetic and biogeographic implications
文章尖齿蜥蜴的线粒体基因组:基因重排的时间以及系统发育和生物地理学的影响
- DOI:
- 发表时间:2024-09-14
- 期刊:
- 影响因子:3.9
- 作者:Yasuhisa Okajima;Y. Kumazawa
- 通讯作者:Y. Kumazawa
Relaxed selection on male mitochondrial genes in DUI bivalves eases the need for mitonuclear coevolution.
DUI 双壳类中雄性线粒体基因的宽松选择减轻了线粒体核共同进化的需要。
- DOI:
- 发表时间:2021
- 期刊:
- 影响因子:2.1
- 作者:Maeda, Gerald P;Iannello, Mariangela;McConie, Hunter J;Ghiselli, Fabrizio;Havird, Justin C
- 通讯作者:Havird, Justin C
Lack of transcriptional coordination between mitochondrial and nuclear oxidative phosphorylation genes in the presence of two divergent mitochondrial genomes.
在存在两个不同的线粒体基因组的情况下,线粒体和核氧化磷酸化基因之间缺乏转录协调。
- DOI:
- 发表时间:2022-01-18
- 期刊:
- 影响因子:4.9
- 作者:Xu, Ran;Iannello, Mariangela;Havird, Justin C;Milani, Liliana;Ghiselli, Fabrizio
- 通讯作者:Ghiselli, Fabrizio
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