Ląstelių atsako į nuosaikią hipertermiją molekulinio mechanizmo išaiškinimas yra labai svarbus norint suprasti procesus, kurie vyksta ląstelėse jas kaitinant gydymo tikslais ar organizmui karščiuojant. Šio darbo tikslas buvo nustatyti ir palyginti švelnios (karščiavimo) ir šiurkščios hipertermijos poveikį oksidacinės fosforilinimo sistemos funkcijoms normalių audinių mitochondrijose. Pirmą kartą panaudojome modulių kinetinę analizę hipertermijos poveikiui širdies ir kepenų mitochondrijų oksidacinio fosforilinimo sistemai tirti. Mes nustatėme, kad švelnios hipertermijos (42 ºC) poveikis širdies mitochondrijų funkcijoms yra grįžtamas, bet šiurkštesnė hipertermija (45 ºC) sukelia dalinai negrįžtamą kvėpavimo ir fosforilinimo atskyrimą bei mitochondrijų kvėpavimo greičio trečioje metabolinėje būsenoje slopinimą. Hipertermija didino ROS gamybos greitį ir lipidų peroksidaciją, kurie buvo didžiausi karščiavimo temperatūroje. Nustatėme, kad kepenų mitochondrijų ir hepatocitų atsakas į hipertermiją priklauso nuo žiurkės lyties ir temperatūros. Atlikome palyginamąjį širdies ir kepenų mitochondrijų sandų fazinių virsmų analizę diferencine skenuojamaja kalorimetrija ir nustatėme būdingus skirtumus. / The elucidation of the molecular mechanism of the cell response to moderate heating is of importance for understanding the events that occur in the cell upon use of heating for therapeutic purpose or during illnesses that are associated with fever. The aim of this work was to investigate and to compare the effects of mild (fever) and severe hyperthermia on functional properties of oxidative phosphorylation system in normal tissue mitochondria. Modular kinetic analysis for the first time was applied to evaluate effects of hyperthermia on oxidative phosphorylation in rat heart and liver mitochondria. We demonstrated that changes in mitochondrial functions induced by mild hyperthermia (42 ºC) are reversible but more severe hyperthermia (45 ºC) causes partially irreversible uncoupling and inhibition of mitochondrial respiration in state 3, hyperthermia remarkably (3.6-2.1 fold) activates ROS generation in heart mitochondria and that maximal increase in rate of H2O2 production and lipid peroxidation is observed in the fever temperature range. We show that the response of liver mitochondria and hepatocytes to hyperthermia is to certain extent dependent on gender and temperature. Specific differences of male rat liver and heart mitochondrial components phase transitions have been revealed by DSC analysis.

Proximale Spinale Muskel Atrophie (SMA) ist eine autosomal rezessive Krankheit, charakterisiert durch eine Degeneration des zweiten Motorneurons und einer progressiven Paralyse und Atrophie proximaler Muskeln. Nach Zystischer Fibrose, ist SMA die häufigste autosomal rezessive Erkrankung bei Menschen und der häufigste genetische Grund für Säuglingssterblichkeit. SMA, monogenetisch im Ursprung, ist verursacht durch eine Mutation in einem einzelnen Gen, dem Survival Motor Neuron 1 (SMN1) Gen, was zu einer reduzierten Menge an Survival Motor Neuron (SMN) protein führt. SMN ist ein ubiquitär expremiertes Protein mit house-keeping Funktion in snRNP Biogenese und pre-mRNA splicen. Dennoch, eine reduzierte Menge an SMN beeinträchtigt vor allem Motor Neurone und Muskeln aus bisher unverständlichen Gründen. Es wurde demonstriert, dass SMN mit ß-actin mRNA interagiert und an dessen Transport entlang des Axons beteiligt ist. Funktionelle Studien an der Neuromuskulären Synapse (NMJ) haben gezeigt, dass Evozierte Neurotransmitterfreisetzung um 55 % reduziert war in den meist betroffenen Muskelgruppen, dies indiziert, dass eine verringerte Menge an Vesikeln fusioniert, währenddessen asynchrone Transmitterfreisetzung um 300 % erhöht ist aufgrund von einer abnormalen Akkumulation von Calcium in der Nervenendigung in SMA Mäusen. Eine Mögliche Erklärung für diese Calcium Erhöhung ist eine herabgesetzte Calcium Aufnahme durch Mitochondrien während Serien von Aktions Potenzialen. Diese Studie präsentiert eine umfassende Analyse mit einem Fluoreszens Konfokal Mikroskop über die Organisation und Fülle Synaptischer Vesikel (SVs), Mitochonrien und Aktin in Nervenendigungen von SMA Mäusen ( Smn -/-; SMN2; SMNdelta7). Wir visualisierten Synaptische Vesikel mit einem Antikörper gegen den Acetylcholin ( VACht) und konnten zeigen, dass im Transversus Abdominis (TVA) Muskel SV Klusters während des Reifungsprozesse klein verbleiben mit einer Reduzierung von 50% der totalen Fläche die von SVs bedeckt ist. Diese schwere Reduktion von SVs wurde auch im der kaudalen Muskelstrang des Levator auris longus (LAL) Muskel gefunden, obwohl nur leichte Veränderungen in der Postsynapse dieses Muskels festzustellen sind. Diese Ergebniss von Präsynaptischer Pathologie, neben fast normalen postsynaptischen Status, verstärkt die Hypothese dass SMN-induzierte Veränderungen im Muskel nicht auschließlich eine reine Konsequenz von Motor Neuron Degeneration sein können. Als Nächstes, haben wir Mitochondria mit Mitotracker angefärbt und haben gefunden, dass die Fläche,die von Mitochondrien in Mutanten Mäusen bedeckt ist, etwa nur die Hälfte der Fläche im Wild typ beträgt. Überraschenderweise waren SVs und Mitochondrien stak kolokalisiert. In vielen Fällen war ein Kern von Mitochondrien deutlich umgeben von einem Ring aus SVs. Diese Verteilung war unbeeinträchtig in der Mutanten Maus und könnte eine mehr generelle Bedeutung in Nervenendigungen haben. Phalloidin gefärbtes Aktin zeigte das F-aktin ringförmige Strukturen um SV Klusters formt. Diese Strukturen und der Prozentuale Anteil der Nervenendigung der von Aktin bedeckt ist, war geringer in SMA Mutanten Mäusen. Aktin ist an multiblen Schritten des Vesikel Zyklus beteiligt. Kurz Strecken-Transport von Vesikeln und Organellen, wie Mitochondrien in Wachstunskegeln und Nervendigungen ist vor allem vom aktin-myosin-basierten Transport abhängig. Weitere Arbeit ist notwendig um zu klären ob die Charakteristiken des SMA Phänotyps wie abnormales SV Klustering, Reduktion von Mitochondrien, unabhängig auftreten oder eine gemeinsame Konsequenz von einer Dysfunktion des Aktin Zytoskeleton sind, was Aktin eine Schlüsselrolle in der SMA Pathogenese verleihen würde.

Our lab recently demonstrated that retargeting an alkylating agent, chlorambucil (Cbl), to the mitochondrion is a viable strategy to restore drug activity and overcome drug resistance in cancer. The mechanism of action of the mitochondria-targeted chlorambucil (mt-Cbl) was studied using a cervical carcinoma model. It was discovered that mt-Cbl bound to mitochondrial DNA and various mitochondrial proteins. A ρ° model revealed that the toxicity of mt-Cbl is largely dependent on its protein targets. Damage induced by mt-Cbl was found to result in the activation of several modes of caspase-independent cell death including necrosis. In contrast, Cbl was found to only activate caspase-dependent cell death that is highly sensitive to caspase inhibition. These results illustrate that the ability of mt-Cbl to activate various orthogonal cell death pathways is what allows mt-Cbl to bypass several drug resistance mechanisms, thus making mitochondrial retargeting a lucrative strategy for future anticancer drug development.

Our lab recently demonstrated that retargeting an alkylating agent, chlorambucil (Cbl), to the mitochondrion is a viable strategy to restore drug activity and overcome drug resistance in cancer. The mechanism of action of the mitochondria-targeted chlorambucil (mt-Cbl) was studied using a cervical carcinoma model. It was discovered that mt-Cbl bound to mitochondrial DNA and various mitochondrial proteins. A ρ° model revealed that the toxicity of mt-Cbl is largely dependent on its protein targets. Damage induced by mt-Cbl was found to result in the activation of several modes of caspase-independent cell death including necrosis. In contrast, Cbl was found to only activate caspase-dependent cell death that is highly sensitive to caspase inhibition. These results illustrate that the ability of mt-Cbl to activate various orthogonal cell death pathways is what allows mt-Cbl to bypass several drug resistance mechanisms, thus making mitochondrial retargeting a lucrative strategy for future anticancer drug development.

Il serait opportun de débuter cette introduction en donnant une définition claire du processus d'édition des ARN, mais c'est aussi un exercice périlleux car le terme d'édition des ARN a été utilisé dans la littérature pour décrire une multitude de processus biochimiques différents et la distinction entre les processus d'édition ou de modification est parfois confuse. Le terme d’édition des ARN a été utilisé pour la première fois en 1986 pour décrire l’insertion de 4 résidus uridines dans le transcrit mitochondrial coxII chez le trypanosome (Benne et al., 1986). La communauté scientifique était sceptique et on a alors pensé que ce mécanisme était sans doute spécifique à ce « drôle » de protozoaire. Puis, rapidement, l'édition d'ARNm a été décrite chez de nombreux organismes eucaryotes, soit pour expliquer des processus d'insertions ou de délétions de nucléotides (qui altèrent le nombre de nucléotides contenus dans la molécule d'ARN) soit pour décrire des conversions ou des remplacements de nucléotides (qui altèrent l'identité des nucléotides contenus dans la molécule d'ARN). Plus tard, le terme d'édition des ARN a été utilisé pour décrire des désaminations (le plus fréquemment C-en-U, et A-en-I) survenant dans les ARNt et les ARNr d'organismes eucaryotes et procaryotes, mais aussi des modifications mineures des résidus (comme l'ajout de groupement méthyl). De même la polyadénylation de la partie 3' de certains ARNt est aussi communément appelée processus d'édition des ARN. Enfin, un phénomène d'édition cotranscriptionnel des ARN lié au « patinage » de l'ARN polymérase a également été mis en évidence chez certains virus.

[Truncated abstract] A range of biotic and abiotic stresses increase levels of reactive oxygen species (ROS) in plants due to perturbations of chloroplast and mitochondrial metabolism and the generation of ROS in defence responses. The polyunsaturated fatty acids of membrane lipids are susceptible to ROS induced peroxidation yielding various aldehydes, alkenals and hydroxyalkenals including the cytotoxic compound 4-hydroxy- 2-nonenal (HNE). HNE has the potential to cause substantial oxidative damage in cells via its reactivity with sulfhydryl groups of cysteine (Cys) and lipoic acid, the imidazole group of histidine (His) and the ?-amino group of lysine (Lys) protein residues. Analysis of the components of the plant respiratory electron transport chain to HNE revealed a particular susceptibility to inhibition of activity of the alternative oxidase (Aox). Incubation with HNE prevented dimerisation of Aox protein, suggesting that one site of modification was the conserved cysteine residue involved in dimerisation and activation of this enzyme (Cys1). However, a naturally occurring isoform of Aox lacking Cys1 and unable to dimerise, LeAox1b from tomato, was equally sensitive to HNE inhibition, showing that other amino acid residues in Aox also interact with HNE and are likely responsible for inactivation of the enzyme. ... The broader impact of HNE on the whole Arabidopsis mitochondrial proteome was examined by use of various 2-dimensional gel separation techniques coupled with use of HNE-adduct antibodies. 32 proteins involved in a number of mitochondrial functions were found to be susceptible to modification by HNE, including components of the electron transport chain, the TCA cycle, as well as proteins involved amino acid metabolism and stress-responses. Implications of modification of these proteins by HNE are discussed. As HNE is produced in vivo during oxidative stress, the profile of mitochondrial targets of HNE was examined from Arabidopsis cell cultures exposed to various oxidative stress inducers. Menadione and hydrogen peroxide induced oxidative stress throughout the cell, while antimycin A initiated a mitochondrial targeted stress. A differential profile of mitochondrial proteins was observed to be modified by HNE in the various treatments. These results also showed that induction of stress within a whole cell can impact lipid peroxidation within the mitochondria. Overall, this work showed the presence and production of HNE in plant cells, and that HNE, both exogenous and endogenous, has the ability to modify a specific subset of mitochondrial proteins. In several cases this HNE modification was shown to have functional or structural consequences.

Diss. (sammanfattning) Stockholm : Karolinska institutet, 2007. / Härtill 4 uppsatser.

Diss. (sammanfattning) Stockholm : Karol. inst., 2004. / Härtill 5 uppsatser.

Thesis (Ph. D.)--West Virginia University, 2003. / Title from document title page. Document formatted into pages; contains viii, 144 p. : ill. (some col.). Includes abstract. Includes bibliographical references (p. 129-144).

Thesis (Ph. D.)--West Virginia University, 2004. / Title from document title page. Document formatted into pages; contains ix, 103 p. : ill. (some col.). Vita. Includes abstract. Includes bibliographical references (p. 89-100).