Alterations of mitochondrial DNA in common diseases and disease states: Aging, neurodegeneration, heart failure, diabetes and cancer

Current Medicinal Chemistry

Volumn 12, Issue 4, 2005, Pages 429-441

  Kang, Dongchon ^a   Hamasaki, Naotaka ^a  

^a KYUSHU UNIVERSITY   (Japan)

Author keywords

Aging; DNA damage; DNA repair; Mitochondria; Mitochondrial DNA; Oxidative stress; Reactive oxygen species (ROS)

Indexed keywords

8 HYDROXYGUANINE; ADENINE NUCLEOTIDE TRANSLOCASE; ANTI HUMAN IMMUNODEFICIENCY VIRUS AGENT; ANTIMYCIN A1; CELL NUCLEUS DNA; COMPLEMENTARY DNA; DACTINOMYCIN; DITERCALINIUM; DNA DIRECTED DNA POLYMERASE GAMMA; DNA GLYCOSYLASE MUTY; DOXORUBICIN; FREE RADICAL; HYDROGEN PEROXIDE; LIPID PEROXIDE; MESSENGER RNA; MITOCHONDRIAL DNA; MUTANT PROTEIN; MYXOTHIAZOL; OXYGEN; PROTON TRANSPORTING ADENOSINE TRIPHOSPHATASE; REACTIVE OXYGEN METABOLITE; REDUCED NICOTINAMIDE ADENINE DINUCLEOTIDE DEHYDROGENASE (UBIQUINONE); RNA POLYMERASE; ROTENONE; SUPEROXIDE DISMUTASE; THIOBARBITURIC ACID REACTIVE SUBSTANCE; TRANSFER RNA; UBIQUINOL CYTOCHROME C REDUCTASE; UNINDEXED DRUG; ZIDOVUDINE;

AGING; CARCINOGENESIS; CLINICAL TRIAL; DEGENERATIVE DISEASE; DIABETES MELLITUS; DNA REPAIR; DRUG BINDING SITE; ENZYME INHIBITION; GENE MUTATION; HEART FAILURE; HEART INJURY; HEART MITOCHONDRION; HEART MUSCLE CELL; HUMAN; IN VIVO STUDY; LIVER TOXICITY; MEMBRANE POTENTIAL; MISSENSE MUTATION; MITOCHONDRIAL DNA DISORDER; MITOCHONDRIAL DNA REPLICATION; MITOCHONDRIAL MEMBRANE; MITOCHONDRIAL MYOPATHY; MOUSE STRAIN; NERVE CELL DIFFERENTIATION; NEUROMUSCULAR DISEASE; NONHUMAN; OXIDATIVE PHOSPHORYLATION; OXIDATIVE STRESS; PATHOGENESIS; REVIEW; SOMATIC CELL;

EID: 14644422657     PISSN: 09298673     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.2174/0929867053363081     Document Type: Review

References (114)

1. Papa, S. Biochim. Biophys. Acta, 1996, 1276 87-105.
2. Gray, M.W. Curr. Opin. Genet. Dev., 1993, 3 884-890.
3. Anderson, S.; Bankier, A.T.; Barrell, B.G.; de Bruijn, M.H.; Coulson, A.R.; Drouin, J.; Eperon, I.C.; Nierlich, D.P.; Roe, B.A.; Sanger, F.; Schreier, P.H.; Smith, A.J.; Staden, R.; Young, I.G. Nature, 1981, 290, 457-465.
4. Schatz, G. Biochim. Biophys. Acta, 1995,1271 123-126.
5. King, M.P.; Attardi, G. Methods Enzymol., 1996, 264, 304-313.
6. Bauer, M.F.; Gempel, K.; Hofmann, S.; Jaksch, M.; Philbrook, C.; Gerbitz, K.D. Clin. Chem. Lab. Med., 1999, 37, 855-876.
7. Gupta, S. Life Sci., 2001, 69, 2957-2964.
8. Kang, D.; Takeshige, K.; Sekiguchi, M.; Singh, K.K., In Mitochondrial DNA Mutations in Aging, Disease and Cancer; K.K. Singh, Ed.; Springer-Verlag and R.G. Landes Company: Austin, 1998, pp. 1-15.
9. Hsu, T.C.; Young, M.R.; Cmarik, J.; Colburn, N.H. Free Radic. Biol. Med., 2000, 28, 1338-1348.
10. Loschen, G.; FlohÅE L.; Chance, B. FEBS lett., 1971, 18, 261-264.
11. Kang, D.; Narabayashi, H.; Sata, T.; Takeshige, K. J. Biochem. (Tokyo), 1983, 94, 1301-1306.
12. Takeshige, K.; Minakami, S. Biochem. J., 1979, 180, 129-135.
13. Cadenas, E.; Boveris, A.; Ragan, C.I.; Stoppani, A.O. Arch. Biochem. Biophys., 1977, 180, 248-257.
14. Turrens, J.F.; Alexandre, A.; Lehninger, A.L. Arch. Biochem. Biophys., 1985, 23 7, 408-414.
15. Takayanagi, R.; Takeshige, K., Minakami, S. Biochem. J. 1980, 192, 853-860.
16. Takeshige, K.; Takayanagi, R.; Minakami, S. Biochem. J. 1980, 192, 861-866.
17. Eto, Y.; Kang, D.; Hasegawa, E.; Takeshige, K.; Minakami, S. Arch. Biochem. Biophys., 1992, 295, 101-106.
18. Li, Y.; Huang, T.T.; Carlson, E.J.; Melov, S.; Ursell, P.C.; Olson, J.L.; Noble, L.J.; Yoshimura, M.P.; Berger, C.; Chan, P.H.; Wallace, D.C.; Epstein, C.J. Nat. Genet., 1995, 11, 376-381.
19. Ide, T.; Tsutsui, H.; Hayashidani, S.; Kang, D.; Suematsu, S.; Nakamura, K.; Utsumi, H.; Hamasaki, N.; Takeshita, A. Circ. Res. 2001, 88, 529-535.
20. de Grey, A. Bioessays., 1997, 19.
21. Miquel, J. Exp Gerontol., 1998, 33, 113-126.
22. Miquel, J.; Fleming, J. Exp. Gerontol., 1984, 19, 31-36.
23. Muller-Hocker, J. Brain. Pathol., 1992, 2, 149-158.
24. Michaels, M.L.; Miller, J.H. J. Bacteriol., 1992, 174, 6321-6325.
25. Sekiguchi, M. Genes. to Cells, 1996, 1, 139-145.
26. Maki, H.; Sekiguchi, M. Nature, 1992, 355, 273-275.
27. Tajiri, T.; Maki, H.; Sekiguchi, M. Mutation Res., 1995, 336, 257-267.
28. Bestwick, R.K.; Moffett, G.L.; Mathews, C.K. J. Biol. Chem., 1982, 257, 9300-9304.
29. Bestwick, R.K.; Mathews, C.K. J. Biol. Chem., 1982 257, 9305-9308.
30. Mo, J.Y.; Maki, H.; Sekiguchi, M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 1992, 89, 11021-11025.
31. Sakumi, K.; Furuichi, M.; Tsuzuki, T.; Kakuma, T.; Kawabata, S.; Maki, H.; Sekiguchi, M. J. Biol. Chem., 1993, 268, 23524-23530.
32. Ames, B.N.; Shigenaga, M.K.; Hagen, T.M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 1993, 90, 7915-7922.
33. Kang, D.; Nishida, J.; Iyama, A.; Nakabeppu, Y.; Furuichi, M.; Fujiwara, T.; Sekiguchi, M.; Takeshige, K. J. Biol. Chem., 1995, 270, 14659-14665.
34. Oda, H.; Nakabeppu, Y.; Furuichi, M.; Sekiguchi, M. J. Biol. Chem., 1997, 272, 17843-17850.
35. Slupska, M.M.; Baikalov, C.; Luther, W.M.; Chiang, J.H.; Wei, Y.F.; Miller, J.H. J. Bacteriol., 1996, 178, 3885-3892.
36. van der Kemp, P.A.; Thomas, D.; Barbey, R.; de Oliveira, R.; Boiteux, S. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 1996, 93, 5197-5202.
37. Radicella, J.P.; Dherin, C.; Desmaze, C.; Fox, M.S.; Boiteux, S. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 1997, 94, 8010-8015.
38. Ohtsubo, T.; Nishioka, K.; Imaiso, Y.; Iwai, S.; Shimokawa, H.; Oda, H.; Fujiwara, T.; Nakabeppu, Y. Nucleic Acids Res., 2000, 28, 1355-1364.
39. Nishioka, K.; Ohtsubo, T.; Oda, H.; Fujiwara, T.; Kang, D.; Sugimachi, K.; Nakabeppu, Y. Mol. Biol. Cell, 1999, 10, 1637-1652.
40. Kang, D.; Hamasaki, N. Curr. Genet., 2002, 41 311-322.
41. Beckman, K.B.; Ames, B.N. Methods Enzymol., 1996, 264, 442-453.
42. Bandy, B.; Davison, A.J. Free Radical. Biol. Med., 1990, 8, 523-539.
43. Singer, T.P.; Ramsay, R.R. FEBS Lett., 1990, 274, 1-8.
44. Brown, W.M.; George, M. Jr.; Wilson, A.C. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 1979, 76, 1967-1971.
45. Khrapko, K.; Coller, H.A.; Andre, P.C.; Li, X.C.; Hanekamp, J.S.; Thilly, W.G. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 1997, 94 13798-13803.
46. Taylor, R.; Barron, M.; Borthwick, G.; Gospel, A.; Chinnery, P.; Samuels, D.; Taylor, G.; Plusa, S.; Needham, S.; Greaves, L.; Kirkwood, T.; Turnbull, D. J. Clin. Invest., 2003, 112, 1351-1360.
47. Michikawa, Y.; Mazzucchelli, F.; Bresolin, N.; Scarlato, G.; Attardi, G. Science, 1999, 286, 774-779.
48. Hayakawa, M.; Hattori, K.; Sugiyama, S.; Ozawa, T. Biochem. Biophys. Res. Commun., 1992, 189, 979-985.
49. Kajander, O.A.; Rovio, A.T.; Majamaa, K.; Poulton, J.; Spelbrink, J.N.; Holt, I.J.; Karhunen, P.J.; Jacobs, H.T. Hum. Mol. Genet., 2000, 9, 2821-2835.
50. Longley, M.J.; Ropp, P.A.; Lim, S.E.; Copeland, W.C. Biochemistry, 1998, 37, 10529-10539.
51. Trifunovic, A.; Wredenberg, A.; Falkenberg, M.; Spelbrink, J .; Rovio, A.; Bruder, C.; Bohlooly-Y, M.; Gidlof, S.; Oldfors, A.; Wibom, R.; Tornell, J.; Jacobs, H.; Larsson, N. Nature, 2004, 429, 417-423.
52. Melov, S.; Coskun, P.; Patel, M.; Tuinstra, R.; Cottrell, B.; Jun, A.S.; Zastawny, T.H.; Dizdaroglu, M.; Goodman, S.I.; Huang,T.T.; Miziorko, H.; Epstein, C.J.; Wallace, D.C. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 1999, 96, 846-851.
53. Reaume, A.G.; Elliott, J.L.; Hoffman, E.K.; Kowall, N.W.; Ferrante, R.J.; Siwek, D.F.; Wilcox, H.M.; Flood, D.G.; Beal, M.F.; Brown, R.H. Jr.; Scott, R.W.; Snider, W.D. Nat. Genet., 1996, 13, 43-47.
54. Carlsson, L.M.; Jonsson, J.; Edlund, T.; Marklund, S.L. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 1995, 92, 6264-6268.
55. Melov, S.; Schneider, J.A.; Day, B.J.; Hinerfeld, D.; Coskun, P.; Mirra, S.S.; Crapo, J.D.; Wallace, D.C. Nat. Genet., 1998 18, 159-163.
56. Esposito, L.A.; Melov, S.; Panov, A.; Cottrell, B.A.; Wallace, D.C. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 1999, 96, 4820-4825.
57. Kaukonen, J.; Juselius, J.K.; Tiranti, V.; Kyttala, A.; Zeviani, M.; Comi, G.P.; Keranen, S.; Peltonen, L.; Suomalainen, A. Science, 2000, 289, 782-785.
58. Ide, T.; Tsutsui, H.; Kinugawa, S.; Utsumi, H.; Kang, D.; Hattori, N.; Uchida, K.; Arimura, K.; Egashira, K.; Takeshita, A. Circ. Res., 1999, 85, 357-363.
59. Ide, T.; Tsutsui, H.; Kinugawa, S.; Suematsu, N.; Hayashidani, S.; Ichikawa, K.; Utsumi, H.; Machida, Y.; Egashira, K.; Takeshita, A. Circ. Res., 2000, 86, 152-157.
60. Tsutsui, H.; Ide, T.; Shiomi, T.; Kang, D.; Hayashidani, S.; Suematsu, N.; Wen, J.; Utsumi, H.; Hamasaki, N.; Takeshita, A. Circulation, 2001, 104, 2883-2885.
61. Kinugawa, S.; Tsutsui, H.; Hayashidani, S.; Ide, T.; Suematsu, N.; Satoh, S.; Utsumi, H.; Takeshita, A. Circ. Res., 2000, 87, 392-398.
62. Mallat, Z.; Philip, I.; Lebret, M.; Chatel, D.; Maclouf, J.; Tedgui, A. Circulation, 1998, 97, 1536-1539.
63. McMurray, J.; Chopra, M.; Abdullah, I.; Smith, W.E.; Dargie, H.J. Eur. Heart J., 1993, 14, 1 493-1498.
64. Schapira, A.H. Biochim. Biophys. Acta, 1999, 1410, 159-170.
65. Yoritaka, A.; Hattori, N.; Uchida, K.; Tanaka, M.; Stadtman, E.R.; Mizuno, Y. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 1996, 93 2696-2701.
66. Ikebe, S.; Tanaka, M.; Ohno, K.; Sato, W.; Hattori, K.; Kondo, T.; Mizuno, Y.; Ozawa, T. Biochem. Biophys. Res. Commun., 1990, 170, 1044-1048.
67. Shimura-Miura, H.; Hattori, N.; Kang, D.; Miyako, K.; Nakabeppu, Y.; Mizuno, Y. Ann. Neurol., 1999, 46, 920-924.
68. Przedborski, S.; Jackson-Lewis, V. Mov. Disord., 1998, 13, 35-38.
69. Mizuno, Y.; Sone, N.; Saitoh, T. J. Neurochem., 1987 48, 1787-1793.
70. Hasegawa, E.; Takeshige, K.; Oishi, T.; Murai, Y.; Minakami, S. Biochem. Biophys. Res. Commun., 1990, 170, 1049-1055.
71. Hasegawa, E.; Kang, D.; Sakamoto, K.; Mitsumoto, A.; Nagano, T.; Minakami, S.; Takeshige, K. Arch. Biochem. Biophys., 1997 337, 69-74.
72. Kang, D.; Miyako, K.; Kuribayashi, F.; Hasegawa, E.; Mitsumoto, A.; Nagano, T.; Takeshige, K. Arch. Biochem. Biophys., 1997, 337, 75-80.
73. Przedborski, S.; Kostic, V.; Jackson-Lewis, V.; Naini, A.B.; Simonetti, S.; Fahn, S.; Carlson, E.; Epstein, C.J.; Cadet, J.L. J. Neurosci., 1992, 12, 1658-1667.
74. Przedborski, S.; Jackson-Lewis, V.; Yokoyama, R.; Shibata, T.; Dawson, VL.; Dawson, T.M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 1996, 93, 4565-4571.
75. Miyako, K.; Kai, Y.; Irie, T.; Takeshige, K.; Kang, D. J. Biol. Chem., 1997, 272, 9605-9608.
76. 76 Shadel, G.S.; Clayton, D.A. Annu. Rev. Biochem., 1997, 66, 409-435.
77. Arnaudo, E.; Dalakas, M.; Shanske, S.; Moraes, C.T.; DiMauro, S.; Schon, E.A. Lancet, 1991, 337, 508-510.
78. Umeda, S.; Muta, T.; Ohsato, T.; Takamatsu, C.; Hamasaki, N.; Kang, D. Eur. J. Biochem., 2000, 267, 200-206.
79. Miyako, K.; Irie, T.; Muta, T.; Umeda, S.; Kai, Y.; Fujiwara, T.; Takeshige, K.; Kang, D. Eur. J. Biochem., 1999, 259 412-418.
80. Ramsay, R.R.; Singer, T.P. J. Biol. Chem., 1986, 261, 7585-7587.
81. Iwaasa, M.; Tatewaki, H.; Ohno, T.; Okubo, K.; Hamasaki, N.; Kang, D. DNA Sequence, 2002, 13, 251-255.
82. Takamatsu, C.; Umeda, S.; Ohsato, T.; Ohno, T.; Abe, Y.; Fukuoh, A.; Shinagawa, H.; Hamasaki, N.; Kang, D. EMBO Rep., 2002, 3, 451-456.
83. Schapira, A.H.V. Biochim. Biophys. Acta, 1999, 1410, 159-170.
84. Delatycki, M.B.; Williamson, R.; Forrest, S.M. J. Med. Genet., 2000, 37, 1-8.
85. DiMauro, S.; Moraes, C.T. Arch. Neurol., 1993, 50, 1197-1208.
86. Campuzano, V.; Montermini, L.; Molto, M.D.; Pianese, L.; Cossee, M.; Cavalcanti, F.; Monros, E.; Rodius, F.; Duclos, F.; Monticelli, A.; et al. Science, 1996, 271, 1423-1427.
87. LeProust, E.M.; Pearson, C.E.; Sinden, R.R.; Gao, X. J. Mol. Biol., 2000, 302, 1063-1080.
88. Cossee, M.; Puccio, H.; Gansmuller, A.; Koutnikova, H.; Dierich, A.; LeMeur, M.; Fischbeck, K.; Dolle, P.; Koenig, M. Hum Mol. Genet., 2000, 9, 1219-1226.
89. Foury, F.; Cazzalini, O. FEBS Lett., 1997, 411 373-377.
90. Wilson, R.B.; Roof, D.M. Nat. Genet., 1997, 16 352-357.
91. Rotig, A.; de Lonlay, P.; Chretien, D.; Foury, F.; Koenig, M.; Sidi, D.; Munnich, A.; Rustin, P. Nat. Genet., 1997, 17, 215-217.
92. Lodi, R.; Hart, P.E.; Rajagopalan, B.; Taylor, D.J.; Crilley, J.G.; Bradley, J.L.; Blamire, A.M.; Manners, D.; Styles, P.; Schapira, A.H.; Cooper, J.M. Ann. Neurol., 2001, 49, 590-596.
93. Eto, K.; Tsubamoto, Y.; Terauchi, Y.; Sugiyama, T.; Kishimoto, T.; Takahashi, N.; Yamauchi, N.; Kubota, N.; Murayama, S.; Aizawa, T.; Akanuma, Y.; Aizawa, S.; Kasai, H.; Yazaki, Y.; Kadowaki, T. Science, 1999, 283, 981-985.
94. Hayakawa, T.; Noda, M.; Yasuda, K.; Yorifuji, H.; Taniguchi, S.; Miwa, I.; Sakura, H.; Terauchi, Y.; Hayashi, J.; Sharp, G.W.; Kanazawa, Y.; Akanuma, Y.; Yazaki, Y.; Kadowaki, T. J. Biol. Chem., 1998, 273, 20300-20307.
95. Kadowaki, T.; Kadowaki, H.; Mori, Y.; Tobe, K.; Sakuta, R.; Suzuki, Y.; Tanabe, Y.; Sakura, H.; Awata, T.; Goto, Y.; et al. N. Engl. J. Med., 1994, 330, 962-968.
96. Otabe, S.; Sakura, H.; Shimokawa, K.; Mori, Y.; Kadowaki, H.; Yasuda, K.; Nonaka, K.; Hagura, R.; Akanuma, Y.; Yazaki, Y.; et al. J. Clin. Endocrinol. Metab., 1994, 79, 768-771.
97. Urata, M.; Wakiyama, M.; Iwase, M.; Yoneda, M.; Kinoshita, S.; Hamasaki, N.; Kang, D. Clin. Chem., 1998, 44, 2088-2093.
98. Brownlee, M. Nature, 2001, 414, 813-820.
99. Nishikawa, T.; Edelstein, D.; Du, X.L.; Yamagishi, S.; Matsumura, T.; Kaneda, Y.; Yorek, M.A.; Beebe, D.; Oates, P.J.; Hammes, H.P.; Giardino, I.; Brownlee, M. Nature, 2000, 404, 787-790.
100. Tiedge, M.; Lortz, S.; Drinkgern, J.; Lenzen, S. Diabetes 1997, 46, 1733-1742.
101. Gorogawa, S.; Kajimoto, Y.; Umayahara, Y.; Kaneto, H.; Watada, H.; Kuroda, A.; Kawamori, D.; Yasuda, T.; Matsuhisa, M.; Yamasaki, Y.; Hori, M. Diabetes Res. Clin. Pract., 2002, 57, 1-10.
102. Ihara, Y.; Toyokuni, S.; Uchida, K.; Odaka, H.; Tanaka, T.; Ikeda, H.; Hiai, H.; Seino, Y.; Yamada, Y. Diabetes, 1999, 48, 927-932.
103. Driggers, W.J.; LeDoux, S.P.; Wilson, G.L. J. Biol. Chem. 1993, 268, 22042-22045.
104. Szkudelski, T. Physiol. Res., 2001, 50, 537-546.
105. Penta, J.S.; Johnson, F.M.; Wachsman, J.T.; Copeland, W.C. Mutat Res., 2001, 488, 119-133.
106. Fliss, M.S.; Usadel, H.; Caballero, O.L.; Wu, L.; Buta, M.R.; Eleff, S.M.; Jen, J.; Sidransky, D. Science, 2000, 287, 2017-2019.
107. Polyak, K.; Li, Y.; Zhu, H.; Lengauer, C.; Willson, J.K.; Markowitz, S.D.; Trush, M.A.; Kinzler, K.W.; Vogelstein, B. Nat. Genet., 1998, 20, 291-293.
108. Coller, H.A.; Khrapko, K.; Bodyak, N.D.; Nekhaeva, E.; Herrero-Jimenez, P.; Thilly, W.G. Nat. Genet., 2001, 28 147-150.
109. Doroshow, J.H.; Davies, K.J. J. Biol. Chem., 1986 261, 3068-3074.
110. Fellous, R.; Coulaud, D.; el Abed, I.; Roques, B.P.; Le Pecq, J.B.; Delain, E.; Gouyette, A. Cancer Res., 1988, 48, 6542-6549.
111. Segal-Bendirdjian, E.; Coulaud, D.; Roques, B.P.; Le Pecq, J.B. Cancer Res., 1988, 48, 4982-4992.
112. Inoue, K.; Takai, D.; Hosaka, H.; Ito, S.; Shitara, H.; Isobe, K.; LePecq, J.B.; Segal-Bendirdjian, E.; Hayashi, J. Biochem. Biophys. Res. Commun., 1997, 239, 257-260.
113. Inoue, K.; Nakada, K.; Ogura, A.; Isobe, K.; Goto, Y.; Nonaka, I.; Hayashi, J.I. Nat. Genet., 2000, 26, 176-181.
114. Modica-Napolitano, J.S.; Aprille, J.R. Adv. Drug Deliv. Rev., 2001, 49, 63-70.