Clin Osteol 2015; 20(4): 139-143

Mitochondriální DNA, oxidační stres a kostní metabolismusPůvodní práce

P. Molnárová, V. Palička

Mitochondriální DNA kóduje geny oxidační fosforylace, vybrané geny pro komplexy I-IV. Mitochondrie jsou místem realizace kyslí­ kového řetězce, a proto jsou považovány za hlavní producenty radikálů oxidačního stresu (ROS), přičemž nejvíce radikálů se tvoří za účasti komplexů I a III (NADH ubichinonreduktasa a ubichinol-cytochrom c-reduktasa). Zvýšený oxidační stres má negativní vliv na kostní metabolismus, a to jak na tkáň tvořenou osteoblasty, tak i na osteoklasty degradující kostní tkáň. To může vést k rozvoji osteoporózy i dalších onemocnění kostního aparátu. Mutace vybraných mitochondriálních genů či snížené počty kopií mitochondriální DNA jsou asociovány s rozvojem osteoporózy a jiných kostních onemocnění. Epigenetika mitochondriální DNA (mitoepigenetika) je téma rozvíjející se od roku 2011, kdy byly prvně prokázány metylace mitochondriální DNA i přítomnost DNA metyltransferáz v mitochondriích. V současné době jsou sledovány vlivy těchto změn a spojitosti s dalšími poruchami.

Klíčová slova: mitochondriální DNA, metylace DNA, oxidační stres, osteoporóza

Mitochondrial DNA, oxidative stress and bone metabolism

Mitochondrial DNA encodes the genes of oxidative phosphorylation for complexes I-IV. Mitochondriae are the place of implemen­ tation of the electron transport chain and therefore are the main producers of reactive oxygen species (ROS), with most of them being formed with participation of complexes I and III (NADH-coenzyme Qoxidoreductase and Q-cytochrome c oxidoreductase). Increased oxidative stress has a negative effect on bone metabolism, bone-forming osteoblasts as well as osteoclasts degrading the bone tissue, and may lead to the development of osteoporosis and other bone diseases. Mitochondrial gene mutations and lowered mitochondrial DNA copy numbers are associated with the development of osteoporosis and other bone diseases. Epigenetics of mitochondrial DNA has been a subject of research since 2011 when methylation of mitochondrial DNA as well as the presence of DNA methyltransferases in mitochondria were first discovered. Currently, the effects of these changes and associations with other diseases are investigated.

Keywords: mitochondrial DNA, DNA methylation, oxidative stress, osteoporosis

Zveřejněno: 11. prosinec 2015  Zobrazit citaci

ACS AIP APA ASA Harvard Chicago Chicago Notes IEEE ISO690 MLA NLM Turabian Vancouver
Molnárová P, Palička V. Mitochondriální DNA, oxidační stres a kostní metabolismus. Osteologický bulletin. 2015;20(4):139-143.
Sdílet...
Stáhnout citaci
  • BibTeX (.bib)
  • Bookends (.ris)
  • EasyBib (.ris)
  • EndNote (.enw)
  • EndNote 8 (.xml)
  • ISI WoS (.isi)
  • Medlars (.medlars)
  • Mendeley (.ris)
  • MODS (.xml)
  • Papers (.ris)
  • RefWorks (.txt)
  • RefManager (.ris)
  • RIS (.ris)
  • MS Word (.xml)
  • Zotero (.ris)
    • Zobrazit celý článek

    Reference

    1. Greaves LC, Reeve AK, Taylor RW, Trunbull DM. Mitochondrial DNA and di­ sease. J Pathol 2012; 274-286. Přejít k původnímu zdroji...
    2. Almeida M, O'Brien C. Basic Biology of Skeletal Aging: Role of Stress response pathways. J Gerontol A Biol Sci Med Sci 2013; 1197-1208. Přejít k původnímu zdroji...
    3. Taylor RW, Turnbull DM. Mitochondrial DNA mutations in human disease. Nat Rev Genet 2005; 389 402. Přejít k původnímu zdroji...
    4. Shokolenko IN. Aging: A mitochondrial DNA perspective, critical analysis and an update. World Journal of Experimental Medicine 2014; 4(4):46. Přejít k původnímu zdroji...
    5. Trounce I, Byrne E, Marzuki S. Decline in skeletal muscle mitochondrial respira­ tory chain function: possible factor in ageing. Lancet 1989; 1(8639):637-639. Přejít k původnímu zdroji...
    6. Yen TC, Chen YS, King KL, Yeh SH, Wei YH. Liver mitochondrial respiratory functions decline with age. Biochem Biophys Res Commun 1989; 165(3): 944-1003. Přejít k původnímu zdroji...
    7. Trifunovic A, Larsson NG. Mitochondrial dysfunction as a cause of ageing. J Intern Med 2008; 263(2):167-178. Přejít k původnímu zdroji...
    8. Almeida M, O'Brien CA Basic biology of skeletal aging: role of stress response pathways. J Gerontol A Biol Sci Med Sci 2013; 68(10):1197-1208. Přejít k původnímu zdroji...
    9. lacobazzi V, Castegna A, Infantino V, Andria G. Mitochondrial DNA methylation as a next-generation biomarker and diagnostic tool. Mol Genet Metab 2013; 110(1-2):25-34. Přejít k původnímu zdroji...
    10. Infantino V, Castegna A, Iacobazzi F, Spera I, Scala I, Andria G, Iacobazzi V. Impairment of methyl cycle affects mitochondrial methyl availability and glu­ tathione level in Down's syndrome. Mol Genet Metab 2011; 102(3):378-382. Přejít k původnímu zdroji...
    11. Shock LS, Thakkar PV, Peterson EJ, Moran RG, Taylor SM. DNA methyltransfe­ rase 1, cytosine methylation, and cytosine hydroxymethylation in mammalian mi­ tochondria. Proc Natl Acad Sci USA 2011; 108(9):3630-3635. Přejít k původnímu zdroji...
    12. Bellizzi D, D'Aquila P, Scafone T, Giordano M, Riso V, Riccio A, Passarino G. The control region of mitochondrial DNA shows an unusual CpG and non-CpG methylation pattern. DNA Res 2013; 20(6):537-547. Přejít k původnímu zdroji...
    13. van der Wijst MG, Rots MG. Mitochondrial epigenetics: an overlooked layer ofre­ gulation? Trends Genet 2015; 31(7):353-356. Přejít k původnímu zdroji...
    14. Manev H, Dzitoyeva S. Progress in mitochondrial epigenetics. Biomol Concepts 2013; 4(4):381-389. Přejít k původnímu zdroji...
    15. Kalani A, Kamat PK, Voor MJ, Tyagi SC, Tyagi N. Mitochondrial epigenetics in bone remodeling during hyperhomocysteinemia. Mol Cell Biochem 2014; 395(1-2):89-98. Přejít k původnímu zdroji...
    16. Bogenhagen DF. Mitochondrial DNA nucleoid structure. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Gene Regulatory Mechanisms 2012; 1819(9-10):914-920. Přejít k původnímu zdroji...
    17. Ghosh S, Singh KK, Sengupta S, Scaria V. Mitoepigenetics: The different shades of grey. Mitochondrion 2015; 25:60-66. Přejít k původnímu zdroji...
    18. Barrey E, Saint-Auret G, Bonnamy B, Damas D, Boyer O, Gidrol X. PremicroRNA and mature microRNA in human mitochondria. PLoS One 2011; 6(5):e20220. Přejít k původnímu zdroji...
    19. Duarte FV, Palmeira CM, Rolo AP. The Role of microRNAs in Mitochondria: Small Players Acting Wide. Genes (Basel) 2014; 5(4):865-886. Přejít k původnímu zdroji...
    20. Shokolenko IN, Wilson GL, Alexeyev MF. Aging: A mitochondrial DNA per­ spective, critical analysis and an update. World J Exp Med 2014; 46-57. Přejít k původnímu zdroji...
    21. Lane RK, Hilsabeck T, Rea SL. The role of mitochondrial dysfunction in age-re­ lated diseases. Biochim Biophys Acta 2015; 1847(11):1387-1400. Přejít k původnímu zdroji...
    22. Rigoulet M, Yoboue ED, Devin A. Mitochondrial ROS generation and its regula­ tion: mechanisms involved in H(2)O(2) signaling. Antioxid Redox Signal 2011; 14(3):459-468. Přejít k původnímu zdroji...
    23. Almeida M. Aging mechanisms in bone. Bonekey Rep 2012; 1. Přejít k původnímu zdroji...
    24. Hegedus C, Robaszkiewicz A, Lakatos P, Szabo E, Virag L. Poly(ADP-ribose) in the bone: from oxidative stress signal to structural element. Free Radic Biol Med 2015; 82:179-86. Přejít k původnímu zdroji...
    25. Schroder K. NADPH oxidases in bone homeostasis and osteoporosis. Cell Mol Life Sci 2015; 72(1):25-38. Přejít k původnímu zdroji...
    26. Almeida M. Aging and oxidative stress: A new look at old bone. IBMS Bone Key 2010; 7(10):340-352. Přejít k původnímu zdroji...
    27. Manolagas SC. From estrogen-centric to aging and oxidative stress: a revised per­ spective of the pathogenesis of osteoporosis. Endocr Rev 2010; 31(3):266-300. Přejít k původnímu zdroji...
    28. Filaire E, Toumi H. Reactive oxygen species and exercise on bone metabolism: friend or enemy? Joint Bone Spine 2012; 79(4):341-346. Přejít k původnímu zdroji...
    29. Cervellati C, Bonaccorsi G, Cremonini E, Romani A, Fila E, Castaldini MC, Ferrazzini S, Giganti M, Massari L. Oxidative Stress and Bone Resorption Interplay as a Possible Trigger for Postmenopausal Osteoporosis. Bio Med Research International 2014; 2014:8. Přejít k původnímu zdroji...
    30. Garrett IR, Boyce BF, Oreffo RO, Bonewald L, Poser J, Mundy GR. Oxygen-de­ rived free radicals stimulate osteoclastic bone resorption in rodent bone in vitro and in vivo. J Clin Invest 1990; 85(3):632-639. Přejít k původnímu zdroji...
    31. Callaway DA, Jiang JX. Reactive oxygen species and oxidative stress in osteoclastogenesis, skeletal aging and bone diseases. J Bone Miner Metab 2015; 33(4): 359-370. Přejít k původnímu zdroji...
    32. Baek KH, Oh KW, Lee WY, Lee SS, Kim MK, Kwon HS, Rhee EJ, Han JH, Song KH, Cha BY, Lee KW, Kang MI. Association of oxidative stress with postmeno­ pausal osteoporosis and the effects of hydrogen peroxide on osteoclast formation in human bone marrow cell cultures. Calcif Tissue Int 2010; 87(3):226-235.
    33. Lagouge M, Larsson NG. The role of mitochondrial DNA mutations and free ra­ dicals in disease and ageing. J Intern Med 2013; 273(6):529-543. Přejít k původnímu zdroji...
    34. Guo Y, Yang TL, Liu YZ, Shen H, Lei SF, Yu N, Chen J, Xu T, Cheng Y, Tian Q, Yu P, Deng HW. Mitochondria-wide association study of common variants in osteoporosis. Ann Hum Genet 2011; 75(5):569-574. Přejít k původnímu zdroji...
    35. Kim JH, Lee DC. Mitochondrial DNA copy number in peripheral blood is associ­ ated with femoral neck bone mineral density in postmenopausal women. J Rheumatol 2012; 39(7):1465-1472. Přejít k původnímu zdroji...
    36. Yu M, Wan Y, Zou Q. Reduced mitochondrial DNA copy number in Chinese pa­ tients with osteosarcoma. Transl Res 2013; 161(3):165-171. Přejít k původnímu zdroji...

    Zpět na obsah


    Clinical Osteology

    Vážená paní, pane,
    upozorňujeme Vás, že webové stránky, na které hodláte vstoupit, nejsou určeny široké veřejnosti, neboť obsahují odborné informace o léčivých přípravcích, včetně reklamních sdělení, vztahující se k léčivým přípravkům. Tyto informace a sdělení jsou určena výhradně odborníkům dle §2a zákona č.40/1995 Sb., tedy osobám oprávněným léčivé přípravky předepisovat nebo vydávat (dále jen odborník).
    Vezměte v potaz, že nejste-li odborník, vystavujete se riziku ohrožení svého zdraví, popřípadě i zdraví dalších osob, pokud byste získané informace nesprávně pochopil(a) či interpretoval(a), a to zejména reklamní sdělení, která mohou být součástí těchto stránek, či je využil(a) pro stanovení vlastní diagnózy nebo léčebného postupu, ať už ve vztahu k sobě osobně nebo ve vztahu k dalším osobám.

    Prohlašuji:

    1. že jsem se s výše uvedeným poučením seznámil(a),
    2. že jsem odborníkem ve smyslu zákona č.40/1995 Sb. o regulaci reklamy v platném znění a jsem si vědom(a) rizik, kterým by se jiná osoba než odborník vstupem na tyto stránky vystavovala.

    Ne
    Ano

    Pokud vaše prohlášení není pravdivé, upozorňujeme Vás,
    že se vystavujete riziku ohrožení svého zdraví, popřípadě i zdraví dalších osob.