Mitochondrial DNA Damage: Cellular Responses, Aging and Disease

线粒体 DNA 损伤:细胞反应、衰老和疾病

基本信息

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): Project Summary/Abstract Knowledge gap: The effects that emanate specifically from mitochondrial DNA damage have been difficult to study because agents that damage mitochondrial DNA also damage nuclear DNA. Because nuclear DNA represents approximately 98% of the DNA in a cell, the demonstrated effects of DNA damage have likely been due to nuclear DNA damage. The simultaneous occurrence of nuclear and mitochondrial DNA damage has resulted in a critical barrier to our understanding of how cells respond specifically to mitochondrial DNA damage. Mouse models have been developed for this project that facilitate experimental regulation of mitochondrial DNA damage in the absence of concurrent nuclear DNA damage. These models will be used to delineate the effects specifically emanating from mitochondrial DNA damage. The overall hypothesis that will be tested is that mitochondrial DNA damage results in mitochondrial, cellular and tissue dysfunction. The specific aims are: 1) to determine the cellular responses to acute mitochondrial DNA damage (such as might occur during trauma) across the mouse lifespan, 2) to determine the effects of chronic mitochondrial DNA damage (such as might occur with diabetes or Parkinson's disease) in the mouse, and 3) to determine if the consequences of mitochondrial DNA damage can be reversed throughout the mouse lifespan. Research design: Transgenic mouse models have been produced that express the restriction endonuclease EcoRI under experimental regulation via the tetracycline system of gene regulation. Regulation of expression can be achieved by supplying the tetracycline analogue, doxycycline, in food to turn off the gene and providing normal chow (no doxycycline) to achieve expression of EcoRI. A mitochondrial translocation presequence fused in frame with the EcoRI coding sequences assures that the protein is translocated to the mitochondrial matrix and not to the nucleus. Once in the mitochondria, EcoRI cleaves the mitochondrial DNA creating damage in the form of double-strand breaks. For aim 1, EcoRI will be turned on at young adult, middle-age or old age to determine how age impacts the effects of acute mitochondrial DNA damage. A number of mitochondrial functions will be examined to determine the effects on mitochondrial function. For aim 2, EcoRI will be turned on in young adults and left on for the lifespan of the mice. Effects on mitochondrial function will be examined at defined timepoints in the lifespan to determine how chronic mitochondrial DNA damage affects mitochondrial function. For aim 3, the ability to reverse the consequences of mitochondrial DNA damage will be examined at defined timepoints in the lifespan. The proposed studies are intended to address the goal of defining effects specifically emanating from mitochondrial DNA damage.
描述(由申请人提供): 项目摘要/摘要 知识差距:线粒体 DNA 损伤所产生的影响一直难以研究,因为损伤线粒体 DNA 的药物也会损伤核 DNA。由于核 DNA 约占细胞中 DNA 的 98%,因此所证实的 DNA 损伤效应很可能是由于核 DNA 损伤造成的。细胞核和线粒体 DNA 损伤的同时发生,给我们理解细胞如何对线粒体 DNA 损伤做出特异性反应造成了严重障碍。该项目开发了小鼠模型,可在不存在并发核 DNA 损伤的情况下促进线粒体 DNA 损伤的实验调节。这些模型将用于描述线粒体 DNA 损伤所产生的具体影响。将要测试的总体假设是线粒体 DNA 损伤会导致线粒体、细胞和组织功能障碍。具体目标是:1) 确定小鼠整个生命周期中细胞对急性线粒体 DNA 损伤(例如可能在创伤期间发生)的反应,2) 确定慢性线粒体 DNA 损伤(例如糖尿病或帕金森病可能发生的情况)的影响疾病)在小鼠中,以及3)确定线粒体DNA损伤的后果是否可以在小鼠的整个生命周期中逆转。研究设计:已经产生了转基因小鼠模型,该模型在通过四环素基因调控系统的实验调控下表达限制性核酸内切酶EcoRI。可以通过在食物中提供四环素类似物多西环素来关闭该基因并提供正常食物(无多西环素)来实现 EcoRI 的表达,从而实现表达调节。线粒体易位前序列与 EcoRI 编码序列框内融合,确保蛋白质易位至线粒体基质而不是细胞核。一旦进入线粒体,EcoRI 就会切割线粒体 DNA,以双链断裂的形式造成损伤。对于目标 1,EcoRI 将在年轻人、中年或老年时启动,以确定年龄如何影响急性线粒体 DNA 损伤的影响。将检查许多线粒体功能以确定对线粒体功能的影响。对于目标 2,EcoRI 将在年轻成年小鼠中开启,并在小鼠的整个生命周期中保持开启状态。将在生命周期的特定时间点检查对线粒体功能的影响,以确定慢性线粒体 DNA 损伤如何影响线粒体功能。对于目标 3,将在生命周期的特定时间点检查逆转线粒体 DNA 损伤后果的能力。拟议的研究旨在解决明确线粒体 DNA 损伤所产生的影响的目标。

项目成果

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