Mechanisms of DNA repair in mitochondria

Abstract

The role of mitochondria in cellular metabolism and functioning can hardly be overestimated. Mitochondria carry out many functions, and their main function is the production of ATP, the energetic “currency” of the cell. Mitochondria possess a small circular DNA, which codes for 13 proteins. Mitochondrial DNA, or mtDNA, as well as the nuclear one, is subjected to the influence of environmental and endogenous factors. This may lead to mtDNA damage. Here we review the data on mtDNA damage and repair mechanisms. The functioning of mitochondria directly depends on integrity of mtDNA, and therefore, on correct functioning of the mtDNA repair system. These systems differ from the repair systems of nuclear DNA and are in general understudied. The existence of excision nucleotides repair system correcting bulky lesions in mitochondria is still under question. Secific degradation of damaged mtDNA can probably serve as an alternative way to prevent the accumulation of bulky lesions. A search for new pathways of mtDNA repair is of considerable interest.

Роль мітохондрій у метаболізмі та функціонуванні клітини важко переоцінити. Мітохондрії виконують безліч функцій, голо-вною з яких є напрацювання АТР, енергетичної "валюти" клітини. Мітохондрії мають невелику кільцеву ДНК, що кодує 13 білків. Мітохондріальна ДНК, мтДНК, також як і ядерна, знаходиться під різноманітними діями з боку навколишнього середовища і ендогенних факторів. Раніше вважалося, що системи репарації ДНК в мітохондріях відсутні, пошкоджені молекули мтДНК деградують, а реплікація і транскрипція мтДНК відбуваються з непошкоджених молекул, чому сприяє многокопійность мтДНК. Першим механізмом репарації, виявленим в мітохондріях, є система ексцизійної репарації основ, BER. Пізніше було знайдено систему репарації помилково спарених основ, MMR. Є дані про наявність системи репарації однониткових розривів, SSBR, гомологичной і негомологичной рекомбінації дволанцюгових розривів, елімінації премутагенних дезоксинуклеотидов з пулу дезоксинуклеотидов, деградації пошкодженої мтДНК, але механізми роботи цих систем ще не відомі або мало вивчені. Функціонування мітохондрій безпосередньо залежить від цілісності мтДНК, а отже, від коректної роботи систем її репарації. Пошук нових учасників репарації мтДНК становить значний інтерес і є предметом активних досліджень. У цьому огляді представлені дані про пошкодження мтДНК і механізмах їхньої репарації.

Роль митохондрий в метаболизме и функционировании клетки трудно переоценить. Митохондрии выполняют множество функций, главной из которых является наработка АТР, энергетической “валюты” клетки. Митохондрии имеют небольшую кольцевую ДНК, кодирующую 13 белков. Митохондриальная ДНК, мтДНК, также как и ядерная, подвержена разнообразным воздействиям со стороны окружающей среды и эндогенных факторов. Ранее считалось, что системы репарации ДНК в митохондриях отсутствуют, поврежденные молекулы мтДНК деградируют, а репликация и транскрипция мтДНК происходят с неповрежденных молекул, чему способствует многокопийность мтДНК. Первым механизмом репарации, обнаруженным в митохондриях, является система эксцизионной репарации оснований, BER. Позднее была найдена система репарации ошибочно спаренных оснований, MMR. Есть данные о наличии системы репарации однонитевых разрывов, SSBR, гомологичной и негомологичной рекомбинации двунитевых разрывов, элиминации премутагенных дезоксинуклеотидов из пула дезоксинуклеотидов, деградации поврежденной мтДНК, но механизмы работы этих систем еще не известны или мало изучены. Функционирование митохондрий напрямую зависит от целостности мтДНК, а следовательно, от корректной работы систем ее репарации. Поиск новых участников репарации мтДНК представляет значительный интерес и является предметом активных исследований. В настоящем обзоре представлены данные о повреждениях мтДНК и механизмах их репарации.