The mitochondria is the major cellular organelle of energy metabolism for the supply of cellular energy; it also plays an important role in controlling calcium regulation, reactive oxygen species (ROS) production, and apoptosis. Mitochondrial dysfunction causes various diseases, such as neurodegenerative diseases, Lou Gehrig's disease, cardiovascular disease, mental disorders, diabetes, and cancer. Most of the diseases are age-related diseases. In this review, we focus on the roles of mitochondrial dysfunction in cancer. Mitochondrial dysfunction induces carcinogenesis and is found in many cancers. The factors that cause mitochondrial dysfunction differ depending on the types of carcinoma, and those factors could cause cancer malignancy, such as resistance to therapy and metastasis. Mitochondrial dysfunction is caused by a lack of mitochondria, an inability to provide key substances, or a dysfunction in the ATP synthesis machinery. The main factor associated with cancer malignancy is mtDNA depletion. Mitochondrial dysfunction would leads to malignancy through changes in molecular activity or expression, but it is not known in detail which changes lead to cancer malignancy. In order to explore the relationship between mitochondrial dysfunction and cancer malignancy in detail, mitochondria dysfunctional cell lines are constructed using chemical methods such as EtBr treatment or gene editing methods, including shRNA and CRISPR/Cas9. Those mitochondria dysfunctional cell lines are used in the study of various diseases caused by mitochondrial dysfunction, including cancer.
Journal of The Korean Society of Inherited Metabolic disease
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v.24
no.1
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pp.1-9
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2024
Mitochondrial Encephalomyopathy with Lactic Acidosis and Stroke-like episode (MELAS) is a rare maternally inherited disorder primarily caused by mutations in mitochondrial DNA, notably the m.3243A>G mutation in the MT-TL1 gene. This mutation impairs mitochondrial function crucial for cellular energy production, particularly in high-energy-demanding organs such as the brain and muscles. MELAS manifests as recurrent stroke-like episodes, seizures, diabetes mellitus, cardiomyopathy, and other multisystemic symptoms that are often present in childhood. The diagnosis combines genetic testing, clinical evaluation, and neuroimaging, with elevated lactate levels and characteristic magnetic resonance imaging (MRI) findings as key indicators. Treatment focuses on symptomatic management and enhancement of mitochondrial function through L-arginine, coenzyme Q10, high-dose vitamins, and taurine supplementation. Studies have identified additional genetic variants linked to MELAS, including mutations in POLG and other mitochondrial genes, further complicating the genetic landscape. Emerging therapies, particularly gene therapy and mitochondria-targeting drugs, offer promising avenues for addressing the underlying genetic defects and improving mitochondrial functioning. Furthermore, ongoing studies continue to enhance our understanding and management of MELAS, with the aim of reducing its burden and improving patient outcomes and quality of life. This review summarizes the current knowledge on the genetics, clinical features, diagnosis, and treatment of MELAS, highlighting the latest advancements and future directions for therapeutic interventions.
The avian uncoupling protein (avUCP) is a member of the mitochondrial transporter superfamily that uncouples proton entry in the mitochondrial matrix from ATP synthesis. The sequencing analysis method was used to identify nucleotide polymorphisms within the avUCP gene in Korean native chicken (KNC). This study identified ten single nucleotide polymorphisms (SNPs) in the avUCP gene. We analyzed the SNPs of the avUCP gene to investigate whether polymorphism in the gene might be responsible for quantitative variations in economic traits in KNC. Three significant polymorphic sites for economic traits were avUCP C+282T (mean body weight, p<0.05), avUCP C+433T (daily percent lay, p<0.05), and avUCP T+1316C (daily percent lay, p<0.05). The frequency of each SNP was 0.125 (C+282T in avUCP gene exon 1 region), 0.150 (C+433T in avUCP gene intron 1 region), and 0.15 (T+1316C in avUCP gene exon 3 region), respectively. Among the identified SNPs, one pair of SNPs (genotype CC, C+282T and TT, avUCP C+433T) showed the highest daily percent lay (p<0.05) and mean body weight (p<0.05) and the frequency was 0.067. This study of the avUCP gene could be useful for genetic studies of this gene and selection on economic traits for KNC.
Kim, Joo-Il;Oh, Taeg-Yun;Seo, Young-Il;Cho, Eun-Seob
Journal of Life Science
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v.19
no.6
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pp.711-719
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2009
We determined a portion of mitochondrial 16S rRNA gene sequences (416 bp) to investigate the genetic structure of the octopus (Octopus minor Ssaki) population in Korea and China. Samples were obtained from Korea (Yeosu, Namhae, Jindo, Muan, Geomundo and Seosan) and China (Sandong) during the period of August 2006 to September 2007. Sequence analyses of 28 individual specimens collected from 7 localities revealed 11 haplotypes, ranging in a sequence divergence of 0.2% - 1.2%. Phylogenetic analyses using PHYLIP and networks subdivided the octopus into two clades (termed clade A and B) and the nucleotide divergence between them was 0.4%. This haplotype subdivision was in accordance with geographic separation: one at Yeosu, Namhae, Muan and Jindo, and the other at Seosan, Geomundo and Sandong. On the basis of hierarchial genetic analysis, genetic distance between localities in Korea and China were also found, but a significant population differentiation was not shown in this study (p>0.05). Consequently, most of the octopus populations in Korea had considerable distribution due to the mitochondrial gene flow that resulted in a formation of a genetically homogenous structure, whereas some of the Korean and Chinese populations had different genetic structures. Gene flow among populations may be restricted due to impassable geographic barriers that promote genetic differentiation.
Cytoplasmic male sterility (CMS) is a maternally inherited trait leading to loss of the ability to produce fertile pollen and is extensively used in hybrid crop breeding. Ogura-CMS was originally generated by insertion of orf138 upstream of atp8 in the radish mitochondrial genome and transferred to Brassica crops for hybrid breeding. Gene expression changes by dysfunctional mitochondria in Ogura-CMS result in pollen developmental defects, but little is known about gene expression patterns in vegetative tissue. To examine the interaction between nuclear and organellar regulation of gene expression, microarray and subsequent gene expression experiments were conducted with leaves of $F_1$ hybrid Chinese cabbage derived from self-incompatible (SI) or Ogura-CMS parents (Brassica rapa ssp. pekinensis). Out of 24,000 genes deposited on a KBGP24K microarray, 66 genes were up-regulated and 26 genes were down-regulated by over 2.5 fold in the CMS leaves. Up-regulated genes included stress-response genes and mitochondrial protein genes, while genes for ascorbic acid biosynthesis and thylakoid proteins were down-regulated. Most of the major component genes for light reactions of photosynthesis were highly expressed in leaves of both SI and CMS plants, but most of the corresponding proteins were found to be greatly reduced in leaves of CMS plants, indicating posttranscriptional regulation. Reduction in thylakoid proteins and chlorophylls led to reduction in photosynthetic efficiency and chlorosis of Ogura-CMS at low temperatures. This research provides a foundation for studying chloroplast function regulated by mitochondrial signal and for using organelle genome introgression in molecular breeding.
Rho, Min-Suk;Su, Xuefeng;Lee, Yoon-Shik;Kim, Woo-Ho;Dowhan, William
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.16
no.1
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pp.84-91
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2006
A Saccharomyces cerevisiae pgs1 nulI mutant, which is deficient with phosphatidyl glycerol (PG) and cardiolipin (CL) biosynthesis, grows well on most fermentable carbon sources, but fails to grow on non-fermentable carbon sources such as glycerol, ethanol, and lactate. This mutant also cannot grow on galactose medium as the sole carbon source. We found that the incorporation of $[^{14}C]-galactose$, which is the first step of the galactose metabolic pathway (Leloir pathway), into the pgs 1 null mutant cell was extremely repressed. Exogenously expressed PGS1 (YCpPGS1) under indigenous promoter could completely restore the pgs1 growth defect on non-fermentable carbon sources, and dramatically recovered $[^{14}C]-galactose$ incorporation into the pgs1 mutant cell. However, PGS1 expression under the GALl promoter $(YEpP_{GAL1}-PGS1myc)$ could not complement pgs1 mutation, and the GAL2-lacZ fusion gene $(YEpP_{GAL2}-lacZ)$ also did not exhibit its $\beta-galactosidase$ activity in the pgs1 mutant. In wild-type yeast, antimycin $A(1\;{\mu}g/ml)$, which inhibits mitochondrial complex III, severely repressed not only the expression of the GAL2-lacZ fusion gene, but also uptake of $[^{14}C]-galactose$. However, exogenously expressed PGS1 partially relieved these inhibitory effects of antimycin A in both the pgs1 mutant and wild-type yeast, although it could not basically restore the growth defect on galactose by antimycin A. These results suggest that the PGSI gene product has an important role in utilization of galactose by Gal genes, and that intact mitochondrial function with PGS1 should be required for galactose incorporation into the Leloir pathway. The PGS1 gene might provide a clue to resolve the historic issue about the incapability of galactose with deteriorated mitochondrial function.
Min, Mi-Sook;Park, Sun-Kyung;Che, Jing;Park, Dae-Sik;Lee, Hang
Animal Systematics, Evolution and Diversity
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v.24
no.1
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pp.25-32
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2008
The Gold-spotted pond frog, Rana plancyi chosenica, designated as a vulnerable species by IUCN Red list. This species is a typical example facing local population threats and extinction due to human activities in South Korea. A strategic conservation plan for this endangered species is urgently needed. In order to provide information for future conservation planning, accurate information on the genetic diversity and taxonomic status is needed for the establishment of conservation units for this species. In this study, we used a molecular genetic approach using the mitochondrial cytochrome b gene and control region sequences to find the genetic diversity of gold-spotted pond frogs within South Korea. We sequenced the mitochondrial DNA cytochrome b gene and control region of 77 individuals from 11 populations in South Korea, and one from Chongqing, China. A total of 15 cytochrome b gene haplotypes and 34 control region haplotypes were identified from Korean gold-spotted pond frogs. Mean sequence diversity among Korean gold-spotted pond frogs was 0.31% (0.0-0.8%) and 0.51% (0.0-1.0%), respectively. Most Korean populations had at least one unique haplotype for each locus. The Taean, Ansan and Cheongwon populations had no haplotypes shared with other populations. There was a sequence divergence between Korean and Chinese gold-spotted pond frogs (1.3% for cyt b; 2.9% for control region). Analysis of genetic distances and phylogenetic trees based on both cytochrome b and control region sequences indicate that the Korean gold-spotted pond frog are genetically differentiated from those in China.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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