1. Mitohondriju uzbūves īpatnības Mitohondriālā iedzimība Mitohondriju dalīšanās Mitohondriju kristas

2. Mitohondriju uzbūve Ārējā un iekšējā apvalka membrāna.
Iekšējās membrānas ieliekumus sauc par kristām.
Matrikss.
Ribosomas.
DNS nukleoīdu formā, transkripcijas un translācijas mašinērija.
Ieslēgumi.

3. Mitohondriju uzbūve

4. Mitohondriālās iedzimtības teorija
Organismi satur viena veida mitohondrijus, kurus manto pa mātes līniju.
Pēc olšūnas apaugļošanas notiek
a) autofāgiska ar spermatozoīda citoplazmu atnestā mitohondrija noārdīšana, Mi iezīmēti ar ubikvitīnu;
b) dažu desmitu mitohondriju izzušanu starp olšūnas mitohondrijiem.
Atsevišķiem organismiem mitohondrijus manto arī pa tēva līniju. Parasti dažādu sugu krustošanas gadījumā.

5. Mitohondrijiem poliubikvitīna ķēdes saņem iekšējās
membrānas olbaltumviela - Prohibitins

6. Mitohondriji mājas cūkas zigotā iezīmēti ar (MitoTracker CMTM Ros).
BIOLOGY OF REPRODUCTION 68, 1793–1800 (2003)

7. Mitohondriji mājas cūkas zigotā iezīmēti ar (MitoTracker CMTM Ros).
BIOLOGY OF REPRODUCTION 68, 1793–1800 (2003)

8. Spermatozoīdu mitohondriju degradācija pēc apaugļošanās.
Tips 1. – taisni, nūjiņveida mitohondriji ar nelielu kristu skaitu. Procenti iekavās parāda embriju skaitu ar doto mitohondriju tipu salīdzinājumā ar kopējo apaugļoto zigotu skaitu.
Tips 2 - mazāks mitohondriju skaits, dažkārt to forma ir līdzīga korķu viļķim.
Tips 3 – agregēti vai izkaisīti mitohondriji, uzņem MitoTracker nespecifiski.
Tips 4 – nav skaidri saskatāmu spermas mitohondriju. Ārējās blīvās šķiedras proksimālajā galā satur čūskas mēlītei līdzīgu šķēlumu.
Galvenā publikācijas nepilnība ir tā,ka trūkst informācija par spermatozoīdu mitohondriju noārdīšanas procesu.

9. Mitohondriju nukleoīdu izzušana zigotas atīstības procesā Physarum polycephalum šūnās. Attēlā apvienoti luminiscences un fāzu kontrasta mikroskopijas attēli (A–H) (A) Šūnas pirms saplūšanas. (B) Zigota. (C–H) Nukleoīdu izzušana. (C un F) Saplūdusi šūna. (D un G) Zigota pēc kodolu saplūšanas. (E un H) Zigota 1,5 stundas pēc kodolu saplūšanas. Vienības garums: A–E, 5 µm; F–H, 1 µm.
Genetics, Vol. 164, , July 2003.

10. Mitohondriji liellopu embrionālās attīstības laikā
Mitohondriji liellopu embrionālās attīstības laikā.Krāsots ar MitoTracker zaļš un propidija jodīdu.A-donora šūna.B,C-mitohondriji kodola tuvumā.D,E - mitohondriji izkliedēti citoplazmā 2 šūnu stadija. F,G - mitohondriji izkliedēti citoplazmā 4 šūnu stadija. H - 16 šūnu stadijā mitohondriji nav novērojumi. I - paraugs 7 dienas pēc saplūšanas aizkavēts1 šūnas stadijā.
Zygote 9 (August), pp 211–218. © 2001

11. Spermas mitohondriju specifisks translokators nodrošina mitohondriālo iedzimtību pa mātes līniju.
The sperm mitochondria-specific translocator has a key role in maternal mitochondrial inheritance. Hayashida K, Omagari K, Masuda JI, Hazama H, Kadokawa Y, Ohba K, Kohno S. Cell Biol Int Jun 23.
Mitohondriālo iedzimtību pa mātes līniju nodrošina olšūnās esošs eliminācijas faktors.
Ja apaugļošanai ir izmantota izogēnas peles sperma ar heterospecifisku mitohondriālo DNS (mtDNS), tad inkubējot šūnas ar anti-tetratricopeptīdu atkārtojumu saturošu proteīnu ievērojami palielinājās PCR pozitīvu mtDNS skaits. Šis proteīns ir saistīts ar mitohondriju ārējās membrānas translokatoru Tom 22 un Tom 40 darbību. Ja šūnas apstrādā ar endonukleāžu inhibitoru EGTA, tad palielinās spermas mtDNS daudzums.
No tā var izdarīt secinājumu, ka eliminācijas faktors ir endonukleāze, kuru selektīvi transportē spermas mitohondrijos, izmantojot tanslokatorus Tom 22 un Tom 40. Pēc iekļūšanas mitohondrijos, tā sadala mtDNS nodrošinot mitohondriālo iedzimtību pa mātes līniju.

12. Mitohondriālās iedzimtības teorija ?

13. Mitohondriālās iedzimtības teorija ?
Pacients bija 28 gadus vecs vīrietis ar nespēju veikt fiziskās aktivitātes. Viņa sirdsdarbība un plaušu ventilācija bija normāla. Viņa vecāki un 23 gadus vecā māsa bija veseli.
Miopātiskie simptomi bija saistīti ar laktāta acidozi, kuru izraisīja neliela fiziska piepūle. Laktāta līmenis pēc lēnas pastaigas 100m attālumā bija 6-8 mmol/l (normālais līmenis – 2,5 mmol/l). Kreatīna kināzes līmenis bija stipri paaugstināts. Muskuļu biopsija parādīja, ka 15% no muskuļu šķiedrām bija ar lielu skaitu bojātu mitohondriju. Bioķīmiskā analīzes parādīja elpošanas ķēdes kompleksa I deficītu. Nebija muskuļu atrofijas vai vājuma pazīmes.
N Engl J Med,Vol.347,N .8 ·August 22,2002

14. Mutācija vai iedzimtība?
Identiskas nukleotīdu sekvences ir tēva asins šūnu mitohondrijos un pacienta muskuļu šūnu mitohondrijos!
Mutācija vai iedzimtība?
N Engl J Med,Vol.347,N .8 ·August 22,2002

15. Mitohondriālās DNS iedzimšana pa tēva līniju.
Schwartz un Vissing aprakstīja pacientu kuram bija mitohondriāla miopātija ND2 gēna spontānas mutācijas rezultātā. Šīs gēns kodē vienu no subvienībām kompleksā I.
Autori apgalvo, ka mutācija novedusi pie selektīvas tēva mitohondriālās DNS replikācijas muskuļos. Citos audos mitohondriālā DNS ir edzimta pa mātes līniju.
N Engl J Med,Vol.347,N .8 ·August 22,2002

16. Eksperimentā ar aitām ir viena māte - M un 2 tēvi - F1 un F2
Eksperimentā ar aitām ir viena māte - M un 2 tēvi - F1 un F2. No viena tēva pēcnācējs P1, no otra – P2, P3, P4.

17. Polymorphic cleavage site of Hinf I in the sheep.
CO I gene reveals paternal inheritance. M1 is the 1 kb ladder marker. M2 is the PBR322/HaeIII marker.

18. Mitohondriālās DNS izmantošana evolūcijas pētījumos
Mitohondriālās DNS rekombinācijas.
Mitohondriālā iedzimtība.

19. Mitohondriju forma un novietojums šūnā
Mitohondriju izmēri un forma ir ļoti mainīga. To izmēri svārstās no µm. Pēc formas tie var būt pavedienveida, nūjiņveida, elipsveida, lodveida un hanteļveida. Šādas formas atšķirības ir ieraugāmas pat vienā šūnā. Turklāt mitohondriju struktūra ir ļoti dinamiska - tie var augt garumā, saīsināties, savīties, dalīties laika periodā, kas ir īsāks par vienu minūti.
Mitohondriju formu un novietojumu regulē šūnas citoskelets.
Forma nav atkarīga no mikrocaurulītēm.Acīmredzot, to regulē mitohondriālie proteīni.

20. Mitohondriju novietojums, dalīšanās un pārvietošanās
Mitohondriji peles mioblastu kultūras šūnās.
Redzami kā nelieli atsevišķi veidojumi.redzami kā tīkls. Redzami kā lieli nenoteiktas formas kompleksi.
Trafic :

21. Mitohondriju novietojums šūnā 2
1.filma filma
Filmā demonstrēta proteīna CluA ietekme uz mitohondriju novietojumu. 1. filma rāda proteīna darbību normālos apstākļos. Mitohondriji pārvietojās no MCOC uz šūnas perifēriju. 2. filma rāda mutantu. Šajā gadījuma mitohondriji ir savstarpēji saistīti un ir traucēta to pārvietošana. Dr. John Heuser laboratorija.

22. C elegans muskuļu šūna, mutants DRP-1. Ārējā membrāna zaļa
C elegans muskuļu šūna, mutants DRP-1.Ārējā membrāna zaļa. Matrikss sarkans. Kavēta ārējās membrānas pārdalīšanās. Veidojas tīkls. Iekšējā membrāna un matriksa daļa pārdalās.

23. Mitohondriju dalīšanās
Mitohondriju dalīšanās nav atkarīga no kodola cikla stadijas.
Dalās:
1) ar iežmaugu;
2) pumpurojoties;
3) ar šķērssienu.

24. Mitohondriju dalīšanās

25. Iekšējās membrānas pārdalīšanās.
A. Trafic :
B. The Journal of Cell Biology 1970; 47:

26. Raugos un C elegans ārējās membrānas pārdalīšanos nodrošina dinamīnam līdzīgs olbaltumvielu komplekss.

27. The Plant Cell, Vol. 15, 655–665,

28. Hloroplasta un mitohondrija dalīšanās Cyanidioschyzon šūnās.
Redzams no dinamīna veidots dalīšanās gredzens

29. Rauga šūnas. Dnm1p - mutants.
Molecular Biology of the Cell Vol. 14, 1953–1963,

30. Molecular Biology of the Cell Vol. 14, 1953–1963,

31. fis 1p olbaltumviela ir novieta ārējā membrānā un nodrošina mitohondriju dalīšanos.
Journal of Cell Science 2003, Vol. 116,

33. Mitohondriju dalīšanās normālās šūnās.
A-C šūnu pumpurošanās. D-I Glikozes deficīts. Bultiņas norāda matriksa pārdalīšanās vietas.Zilā bultiņa - saplūšanas vieta.Vienības garums - 2 μm.
Journal of Cell Science 116, © 2003

34. Mitohondriju dalīšanās fis 1p mutanta šūnās.
ANIMĀCIJAS
Mitohondriju dalīšanās fis 1p mutanta šūnās.
A-C šūnu pumpurošanās. D-I Glikozes deficīts. Bultiņas norāda matriksa pārdalīšanās vietas.Zilā bultiņa - saplūšanas vieta.Vienības garums - A-C 2 μm un D-I 1 μm.
Journal of Cell Science 116, © 2003

35. D-J Ārējā membrāna zaļa, iekšējā - sarkana.
(A) Ārējā membrāna 45-GFP, (B) DsRed matrikss (C) spilgtā redzes lauka apgaismojums.
D-J Ārējā membrāna zaļa, iekšējā - sarkana.
Mitohondriju dalīšanās fis 1p mutanta šūnās.
A-C šūnu pumpurošanās. D-I Glikozes deficīts. Bultiņas norāda pārdalīšanās vietas. Vienības garums - 2 μm.
Journal of Cell Science 116, © 2003

36. Kontroles grupas mitohondriji līdz glikozes samazināšanai.
ANIMĀCIJAS
Movie 1
Kontroles grupas mitohondriji līdz glikozes samazināšanai.
Maksimālās intensitātes projekcijas D optiskajiem griezumiem. Optiskie griezumi tika iegūti ik pēc 78 sekundēm 214 minūšu laikā. Mēroga iedaļa – 2 μm.

37. Movie 2
Kontroles grupas mitohondriji līdz glikozes samazināšanai. Pirmās 18 intensitātes projekcijas ir parādītas palēnināti.
Matriksa saplūšana un atdalīšanās ir parādīta ar bultiņām. Nepārtrauktā bultiņa rāda vietu, kur notiks matriksa atdalīšanās, raustītā – matriksa saplūšana.
Matriksa saplūšanas un atdalīšanās vietas parasti redzamas tikai 3-D analīzes rezultātā.
Mēroga iedaļa – 2 μm.

38. Mitohondriju fis 1D tīkls līdz glikozes samazināšanai.
Movie 3
Mitohondriju fis 1D tīkls līdz glikozes samazināšanai.
Maksimālās intensitātes projekcijas 99 3-D optiskajiem griezumiem. Optiskie griezumi tika iegūti ik pēc 116 sekundēm 191 minūtes laikā.
Mēroga iedaļa – 1 μm.

39. Mitohondriju fis 1D tīkls līdz glikozes samazināšanai.
Movie 4
Mitohondriju fis 1D tīkls līdz glikozes samazināšanai.
Pirmās 17 intensitātes projekcijas ir parādītas palēnināti.
Matriksa saplūšana un atdalīšanās ir parādīta ar bultiņām. Nepārtrauktā bultiņa rāda vietu, kur notiks matriksa atdalīšanās, raustītā – matriksa saplūšana.
Matriksa saplūšanas un atdalīšanās vietas parasti redzamas tikai 3-D analīzes rezultātā.
Mēroga iedaļa – 1 μm.

40. Movie 5
Mitohondriju dnm 1D tīkls līdz glikozes samazināšanai.
Maksimālās intensitātes projekcijas 40 3-D optiskajiem griezumiem. Optiskie griezumi tika iegūti ik pēc 60 sekundēm 40 minūšu laikā.
Mēroga iedaļa – 1 μm.

41. The lower panels show schematic cross-sections through fusing (b) and dividing (c) mitochondria. In fusion (b) two mitochondria dock through coiled-coil-domain interactions between mitofusins that are anchored into the outer mitochondrial membrane (OMM; their GTPase domains face the cytosol), whereupon OPA1 (optic atrophy 1), which is anchored partially on the inner mitochondrial membrane (IMM), participates in the membrane fusion process. During fission (c), FIS1 circumscribing the outer mitochondrial membrane recruits the large GTPase and dynamin homologue DRP1 through its tetratrico-peptide repeats (TPR), which subsequently coalesces into foci at mitochondrial scission sites.

42. a | DRP1 (dynamin-related protein 1) has been proposed to encircle mitochondria to mediate constriction — this is followed by scission, which results in the formation of two separate mitochondria. b | In an alternative model, DRP1 mediates vesicle scission from focal regions around the prospective mitochondrial scission sites. This would remove the outer mitochondrial membrane in response to a decreasing diameter caused by inner membrane scission or mediate a decrease in mitochondrial cross-sectional area leading up to a final outer-membrane-tubule scission event.

43. HeLa cells treated with a caspase inhibitor and induced to undergo apoptosis were immunostained for the activation of BAX, a proapoptotic protein from the BCL2 family (a, red), or for cytochrome c (b, red). Mitochondria are stained in green (left-hand images). Two hallmarks of apoptosis that occur prior to caspase activation — the translocation of BAX from the cytosol to mitochondria and its coalescence into submitochondrial foci, as well as release of cytochrome c from mitochondria into the cytosol — are temporally associated with the fragmentation of the mitochondrial network (a,b, left-hand panels). In a, the cell in which mitochondria are fragmented (left panel, lower cell) shows BAX translocation into foci (right panel).

44. In b, the lower two cells show mitochondrial fragmentation (left) and cytochrome c release (right).

45. Downregulation by RNA interference (RNAi) of DRP1 (dynamin-related protein 1), a protein that is associated with mitochondrial scission, leads to an inhibition of cytochrome c (c, green) release and of mitochondrial fragmentation without affecting mitochondrial BAX activation (c, red). In several DRP1 RNAi-treated cells, BAX seems to localize into long tubular structures that emerge from mitochondria (c, insert). The schematic in d shows that DRP1 seems to function downstream of BAX activation in the mitochondrial steps of apoptosis.

46. Mitohondriju kristas
Kristu matriksa pusē var novērot tumšas granulas ATF sintāzes F1 faktoru.

47. Maisveida kristas virsnieru garozas šūnās
Maisveida kristas virsnieru garozas šūnās. Vietām tās pievienojas pie iekšējās membrānas. Vietām divas vezikulāras kristas ir savienotas.
Trafic :

48. Ortodoksāls stāvoklis Kondensēts stāvoklis
Aktīva ATF sintēze Neaktīva ATF sintēze

49. Redzama H koncentrācijas mM divās kristas zonās AB un BC.
Koncentrācijas gradients ir nebūtisks!
Topology of the inner membrane: dynamics and bioenergetic implications.
Mannella CA, Pfeiffer DR, Bradshaw PC, Moraru II, Slepchenko B, Loew LM, Hsieh CE, Buttle K, Marko M. IUMBM Life :93-100

50. Kā tiek nodrošināts H+ gradients?
Mitohondriju kristu struktūra rekonsturēta ar elektronu mikroskopisko tomogrāfiju. Tas nozīmē, ka pagriež paraugu par noteiktu grādu skaitu un skanē attēlu. Attēlu apvienojumā rodas 3D modelis.
Kristas pievienojas pie iekšējās membrānas atsevišķās vietās.Kristām ir lieli paplašinājumi.
Kādas ir olbaltumvielu novietojuma atšķirības dažādās kristas zonās? kristas?
Kā tiek nodrošināts H+ gradients?
Courtesy of Dr. C. A. Mannella.

51. Mitohondriju kristu 3D struktūra
Ķīmiska fiksācija Kriofiksācija
Perkins, G. A., Song, J. Y., Tarsa, L., Deerinck, T. J., Ellisman, M. H. and Frey, T. G. (1998) Electron Tomography of Mitochondria from Brown Adipocytes Reveals Crista Junctions. J. Bioenergetics and Biomembranes, 30,

52. C. Piccoli, D. Boffoli, N. Capitanio (2004) Comparative analysis of mitochondria selective
dyes in different cell types detected by Confocal Laser Scanning Microscopy:
methods and applications. In Current Issues on Multidisciplinary Microscopy
Research and Education. FORMATEX 2004, pp

55. Mitohondriju uzbūve un ATF sintēze
Biochem. J. (2003) 370,

60. Ekspresijas līmenis nav proporcionāls.
Kompleksa I aktivitāte 70% apjomā ir sasniedzama, ja 8kD subvienību ekspresē 30% apjomā un 15kD subvienību 40% apjomā

61. Problēmas Kristas un cianīda rezistentā elpošana.
Mitohondriju pārvietošanās šūnā.
Augu mitohondriju DNS
tRNS mitohondrijos
MtDNS kodolos
ChDNS mitohondrijos

63. The Micro-Architecture of Mitochondria at Active Zones: Electron Tomography Reveals Novel Anchoring Scaffolds and Cristae Structured for High-Rate Metabolism