БИОХИМИЯ, 2022, том 87, вып. 12, с. 1868–1880

УДК 576.311.347;579.88;576.6;576.311.3;577.23;577.113.8

Не настало ли время слома митохондриальной парадигмы и установления митохондриальной номенклатуры?

Обзор

© 2022 Д.Б. Зоров 1,2*zorov@belozersky.msu.ru, Л.Д. Зорова 1,2, Н.В. Андрианова 1, В.А. Бабенко 1,2, С.Д. Зоров 1,3, И.Б. Певзнер 1,2, Г.Т. Сухих 2, Д.Н. Силачев 1,2

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского, 119991

Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии имени В.И. Кулакова, 117997

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, факультет биоинженерии и биоинформатики, 119991

Поступила в редакцию 21.10.2022
После доработки 03.11.2022
Принята к публикации 03.11.2022

DOI: 10.31857/S0320972522120077

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: митохондрии, бактерии, структура, гетерогенность, митохондриальная ДНК, гетероплазмия, болезни, фенотип, таксономия.

Аннотация

В этой работе мы решили инициировать дискуссию, касающуюся гетерогенности митохондрий, предположив, что настало время создать классификацию митохондрий наподобие той, которая существует для их прародителей – α‑протеобактерий – с предложением возможного выделения митохондриальных «штаммов», а может быть и видов. Мы продолжаем придерживаться линии, что митохондрии являются друзьями и врагами: с одной стороны, обеспечивая клетку и организм необходимыми энергетическими и сигнальными молекулами, а с другой – участвуя в уничтожении клетки и организма. Текущее понимание, что деятельность митохондрий не только не ограничивается энергетической функцией, но и что эти альтернативные функции являются уникальными и незаменимыми в клетке, позволило говорить о сильной подчиненности всего клеточного метаболизма характерным функциональным проявлениям митохондрий. Митохондрии способны производить не только АТР, но и железосерные кластеры, стероидные гормоны, гем, активные формы кислорода и азота, принимать участие в термогенезе, регулировать клеточную гибель, пролиферацию и дифференцировку, участвовать в детоксикации и пр. Они являются обязательным атрибутом эукариотических клеток, и до сих пор не было обнаружено таких эукариотических клеток, ведущих непаразитическое или не симбиотическое существование, в которых бы отсутствовали митохондрии. Мы считаем, что структурно-функциональное внутриклеточное, межклеточное, межорганное и межвидовое разнообразие митохондрий достаточно велико, чтобы иметь основания для создания митохондриальной номенклатуры. Аргументы для этого приводятся в данном аналитическом обзоре.

Сноски

* Адресат для корреспонденции.

Финансирование

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант № 19-14-00173-П).

Вклад авторов

Д.Б. Зоров, Г.Т. Сухих, Д.Н. Силачев – концепция; Д.Б. Зоров, Н.В. Андрианова, В.А. Бабенко, Л.Д. Зорова, С.Д. Зоров, И.Б. Певзнер, Д.Н. Силачев – обсуждение; редактирование концепции; написание текста; Д.Б. Зоров, Д.Н. Силачев – редактирование текста статьи.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Соблюдение этических норм

Настоящая статья не содержит описания каких-либо исследований с участием людей или животных в качестве объектов.

Список литературы

1. Zorov, D. B., Plotnikov, E. Y., Jankauskas, S. S., Isaev, N. K., Silachev, D. N., Zorova, L. D., Pevzner, I. B., Pulkova, N. V, Zorov, S. D., and Morosanova, M. A. (2012) The phenoptosis problem: what is causing the death of an organism? Lessons from acute kidney injury, Biochemistry (Moscow), 77, 742-753, doi: 10.1134/S0006297912070073.

2. Zorov, D. B., Isaev, N. K., Plotnikov, E. Y., Silachev, D. N., Zorova, L. D., Pevzner, I. B., Morosanova, M. A., Jankauskas, S. S., Zorov, S. D., and Babenko, V. A. (2013) Perspectives of mitochondrial medicine, Biochemistry (Moscow), 78, 979-990, doi: 10.1134/S0006297913090034.

3. Zorov, D. B., Plotnikov, E. Y., Silachev, D. N., Zorova, L. D., Pevzner, I. B., Zorov, S. D., Babenko, V. A., Jankauskas, S. S., Popkov, V. A., and Savina, P. S. (2014) Microbiota and mitobiota. Putting an equal sign between mitochondria and bacteria, Biochemistry (Moscow), 79, 1017-1031, doi: 10.1134/S0006297914100046.

4. Popkov, V. A., Silachev, D. N., Jankauskas, S. S., Zorova, L. D., Pevzner, I. B., Babenko, V. A., Plotnikov, E. Y., and Zorov, D. B. (2016) Molecular and cellular interactions between mother and fetus. Pregnancy as a rejuvenating factor, Biochemistry (Moscow), 81, 1480-1487, doi: 10.1134/S0006297916120099.

5. Popkov, V. A., Plotnikov, E. Y., Silachev, D. N., Zorova, L. D., Pevzner, I. B., Jankauskas, S. S., Zorov, S. D., Andrianova, N. V, Babenko, V. A., and Zorov, D. B. (2017) Bacterial therapy and mitochondrial therapy, Biochemistry (Moscow), 82, 1549-1556, doi: 10.1134/S0006297917120148.

6. Zorov, D. B., Krasnikov, B. F., Kuzminova, A. E., Vysokikh MYu and Zorova, L. D. (1997) Mitochondria revisited. Alternative functions of mitochondria, Biosci. Rep., 17, 507-520, doi: 10.1023/A:1027304122259.

7. Snyder, G. K., and Sheafor, B. A. (1999) Red blood cells: centerpiece in the evolution of the vertebrate circulatory system, Am. Zool., 39, 189-198, doi: 10.1093/icb/39.2.189.

8. Gaehtgens, P., Schmidt, F., and Will, G. (1981) Comparative rheology of nucleated and non-nucleated red blood cells. I. Microrheology of avian erythrocytes during capillary flow, Pflugers Arch., 390, 278-282, doi: 10.1007/BF00658276.

9. Dzierzak, E., and Philipsen, S. (2013) Erythropoiesis: development and differentiation, Cold Spring Harb. Perspect. Med., 3, a011601, doi: 10.1101/cshperspect.a011601.

10. Dubiel, W., and Rapoport, S. M. (1989) ATP-dependent proteolysis of mitochondria of reticulocytes, Rev. Biol. Cell., 21, 505-521.

11. Klionsky, D. J., and Emr, S. D. (2000) Autophagy as a regulated pathway of cellular degradation, Science, 290, 1717-1721, doi: 10.1126/science.290.5497.1717.

12. Johnstone, R. M., Mathew, A., Mason, A. B., and Teng, K. (1991) Exosome formation during maturation of mammalian and avian reticulocytes: evidence that exosome release is a major route for externalization of obsolete membrane proteins, J. Cell Physiol., 147, 27-36, doi: 10.1002/jcp.1041470105.

13. Yang, C., Endoh, M., Tan, D. Q., Nakamura-Ishizu, A., Takihara, Y., Matsumura, T., and Suda, T. (2021) Mitochondria transfer from early stages of erythroblasts to their macrophage niche via tunnelling nanotube, Br. J. Haematol., 193, 1260-1274, doi: 10.1111/bjh.17531.

14. Géminard, C., de Gassart, A., and Vidal, M. (2002) Reticulocyte maturation: mitoptosis and exosome release, Biocell, 26, 205-215.

15. Tovar, J., León-Avila, G., Sánchez, L. B., Sutak, R., Tachezy, J., van der Giezen, M., Hernández, M., Müller, M., and Lucocq, J. M. (2003) Mitochondrial remnant organelles of Giardia function in iron-sulphur protein maturation, Nature, 426, 172-176, doi: 10.1038/nature01945.

16. Karnkowska, A., Vacek, V., Zubáčová, Z., Treitli, S. C., Petrželková, R., Eme, L., Novák, L., Žárský, V., Barlow, L. D., Herman, E. K., Soukal, P., Hroudová, M., Doležal, P., Stairs, C. W., Roger, A. J., Eliáš, M., Dacks, J. B., Vlček, Č., and Hampl, V. (2016) A eukaryote without a mitochondrial organelle, Curr Biol, 26, 1274-1284, doi: 10.1016/j.cub.2016.03.053.

17. John, U., Lu, Y., Wohlrab, S., Growth, M., Janouškovec, J., Kohli, G. S., Mark, F. C., Bickmeyer, U., Farhat, S., Felder, M., Frickenhaus, S., Guillou, L., Keeling, P. J., Moustafa, A., Porcel, B. M., Valentin, K., and Glöckner, G. (2019) An aerobic eukaryotic parasite with functional mitochondria that likely lacks a mitochondrial genome, Sci. Adv., 5, eaav1110, doi: 10.1126/sciadv.aav1110.

18. Kayal, E., and Smith, D. R. (2021) Is the dinoflagellate Amoebophrya really missing an mtDNA? Mol. Biol. Evol., 38, 2493-2496, doi: 10.1093/molbev/msab041.

19. Burki, F. (2016) Mitochondrial evolution: going, going, gone, Curr. Biol., 26, R410-R412, doi: 10.1016/j.cub.2016.04.032.

20. Rouault, T. A. (2012) Biogenesis of iron-sulfur clusters in mammalian cells: new insights and relevance to human disease, Dis. Model Mech., 5, 155-164, doi: 10.1242/dmm.009019.

21. Dempsey, M. E. (1974) Regulation of steroid biosynthesis, Annu. Rev. Biochem., 43, 967-990, doi: 10.1146/annurev.bi.43.070174.004535.

22. Salinas, G., Langelaan, D. N., and Shepherd, J. N. (2020) Rhodoquinone in bacteria and animals: Two distinct pathways for biosynthesis of this key electron transporter used in anaerobic bioenergetics, Biochim. Biophys. Acta Bioenerg., 1861, 148278, doi: 10.1016/j.bbabio.2020.148278.

23. Koppenol, W. H., Bounds, P. L., and Dang, C. V. (2011) Otto Warburg’s contributions to current concepts of cancer metabolism, Nat. Rev. Cancer, 11, 325-337, doi: 10.1038/nrc3038.

24. Mereschkowsky, C. (1905) Uber Natur und Ursprung der Chromatophoren im Pflanzenreiche [in Deutsch], Biologisches Zentralblatt, XXV (18), 593-604.

25. Фаминцын А. С. (1907) О роли симбиоза в эволюции организмов, Труды Ботанической лаборатории Императорской Академии наук, 20, 1-14.

26. Margulis, L. (1981) Symbiosis in Cell Evolution: Life and Its Environment on the Early Earth, Publisher: W. H. Freeman and Company, San Franscisco.

27. Sagan, L. (1967) On the origin of mitosing cells, J. Theor. Biol., 14, 225-274, doi: 10.1016/0022-5193(67)90079-3.

28. Margulis, L., and Bermudes, D. (1985) Symbiosis as a mechanism of evolution: status of cell symbiosis theory, Symbiosis, 1, 101-124.

29. Gray, M. W. (1983) The bacterial ancestry of plastids and mitochondria, BioScience, 33, 693-699, doi: 10.2307/1309349.

30. di Lisa, F., Blank, P. S., Colonna, R., Gambassi, G., Silverman, H. S., Stern, M. D., and Hansford, R. G. (1995) Mitochondrial membrane potential in single living adult rat cardiac myocytes exposed to anoxia or metabolic inhibition, J. Physiol., 486, 1-13, doi: 10.1113/jphysiol.1995.sp020786.

31. Roger, A. J., Muñoz-Gómez, S. A., and Kamikawa, R. (2017) The origin and diversification of mitochondria, Curr. Biol., 27, R1177-R1192, doi: 10.1016/j.cub.2017.09.015.

32. Zorov, D. B., Isaev, N. K., Plotnikov, E. Y., Zorova, L. D., Stelmashook, E. V, Vasileva, A. K., Arkhangelskaya, A. A., and Khrjapenkova, T. G. (2007) The mitochondrion as Janus bifrons, Biochemistry (Moscow), 72, 1115-1126, doi: 10.1134/S0006297907100094.

33. Abele, D. (2002) Toxic oxygen: The radical life-giver, Nature, 420, 27-27, doi: 10.1038/420027a.

34. Martin, W., and Mentel, M. (2010) The origin of mitochondria, Nat. Education, 3, 58.

35. Viale, A. M., and Arakaki, A. K. (1994) The chaperone connection to the origins of the eukaryotic organelles, FEBS Lett., 341, 146-151, doi: 10.1016/0014-5793(94)80446-X.

36. McLean, J. S., Bor, B., Kerns, K. A., Liu, Q., To, T. T., Solden, L., Hendrickson, E. L., Wrighton, K., Shi, W., and He, X. (2020) Acquisition and adaptation of ultra-small parasitic reduced genome bacteria to mammalian hosts, Cell Rep., 32, 107939, doi: 10.1016/j.celrep.2020.107939.

37. He, X., McLean, J. S., Edlund, A., Yooseph, S., Hall, A. P., Liu, S.-Y., Dorrestein, P. C., Esquenazi, E., Hunter, R. C., Cheng, G., et al. (2015) Cultivation of a human-associated TM7 phylotype reveals a reduced genome and epibiotic parasitic lifestyle, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 112, 244-249, doi: 10.1073/pnas.1419038112.

38. Amann, R., Ludwig, W., and Schleifer, K.-H. (1995) Phylogenetic identification and in situ detection of individual microbial cells without cultivation, Microbiol. Rev., 59, 143-169, doi: 10.1128/mr.59.1.143-169.1995.

39. Vartoukian, S. R., Palmer, R. M., and Wade, W. G. (2010) Strategies for culture of “unculturable” bacteria, FEMS Microbiol. Lett., 309, 1-7, doi: 10.1111/j.1574-6968.2010.02000.x.

40. Portier, P. J. (1918) Les Symbiotes. French Edition, Masson (Paris), 1.

41. Wallin, I. E. (1925) On the nature of mitochondria. IX. Demonstration of the bacterial nature of mitochondria, Am. J. Anat., 36, 131.

42. Masuzawa, A., Black, K. M., Pacak, C. A., Ericsson, M., Barnett, R. J., Drumm, C., Seth, P., Bloch, D. B., Levitsky, S., Cowan, D. B., et al. (2013) Transplantation of autologously derived mitochondria protects the heart from ischemia-reperfusion injury, Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol., 304, H966-H982, doi: 10.1152/ajpheart.00883.2012.

43. Zorova, L. D., Popkov, V. A., Plotnikov, E. Y., Silachev, D. N., Pevzner, I. B., Jankauskas, S. S., Babenko, V. A., Zorov, S. D., Balakireva, A. V, Juhaszova, M., et al. (2018) Mitochondrial membrane potential, Anal. Biochem., 552, 50-59, doi: 10.1016/j.ab.2017.07.009.

44. Zorova, L. D., Demchenko, E. A., Korshunova, G. A., Tashlitsky, V. N., Zorov, S. D., Andrianova, N. V., Popkov, V. A., Babenko, V. A., Pevzner, I. B., Silachev, D. N., et al. (2022) Is the mitochondrial membrane potential (∆Ψ) correctly assessed? Intracellular and intramitochondrial modifications of the ∆Ψ probe, rhodamine 123, Int. J. Mol. Sci., 23, 482, doi: 10.3390/ijms23010482.

45. Andersson, S. G. E., Zomorodipour, A., Andersson, J. O., Sicheritz-Pontén, T., Alsmark, U. C. M., Podowski, R. M., Näslund, A. K., Eriksson, A.-S., Winkler, H. H., and Kurland, C. G. (1998) The genome sequence of Rickettsia prowazekii and the origin of mitochondria, Nature, 396, 133-140, doi: 10.1038/24094.

46. Kurland, C. G., and Andersson, S. G. (2000) Origin and evolution of the mitochondrial proteome, Microbiol. Mol. Biol. Rev., 64, 786-820, doi: 10.1128/MMBR.64.4.786-820.2000.

47. Emelyanov, V. V. (2001) Evolutionary relationship of Rickettsiae and mitochondria, FEBS Lett., 501, 11-18, doi: 10.1016/S0014-5793(01)02618-7.

48. Emelyanov, V. V. (2003) Mitochondrial connection to the origin of the eukaryotic cell, Eur. J. Biochem., 270, 1599-1618, doi: 10.1046/j.1432-1033.2003.03499.x.

49. Fitzpatrick, D. A., Creevey, C. J., and McInerney, J. O. (2006) Genome phylogenies indicate a meaningful alpha-proteobacterial phylogeny and support a grouping of the mitochondria with the Rickettsiales, Mol. Biol. Evol., 23, 74-85, doi: 10.1093/molbev/msj009.

50. Driscoll, T. P., Verhoeve, V. I., Guillotte, M. L., Lehman, S. S., Rennoll, S. A., Beier-Sexton, M., Rahman, M. S., Azad, A. F., and Gillespie, J. J. (2017) Wholly Rickettsia! Reconstructed metabolic profile of the quintessential bacterial parasite of eukaryotic cells, mBio, 8, e00859-17, doi: 10.1128/mBio.00859-17.

51. Pallen, M. J. (2011) Time to recognize that mitochondria are bacteria? Trends Microbiol, 19, 58-64, doi: 10.1016/j.tim.2010.11.001.

52. Winkler, H. H., Neuhaus, H. E. (1999) Non-mitochondrial ATP transport, Trends Biochem. Sci., 24, 64-68, doi: 10.1016/S0968-0004(98)01334-6.

53. Vorobjev, I. A., and Zorov, D. B. (1983) Diazepam inhibits cell respiration and induces fragmentation of mitochondrial reticulum, FEBS Lett., 163, 311-314, doi: 10.1016/0014-5793(83)80842-4.

54. Plotnikov, E. Y., Vasileva, A. K., Arkhangelskaya, A. A., Pevzner, I. B., Skulachev, V. P., and Zorov, D. B. (2008) Interrelations of mitochondrial fragmentation and cell death under ischemia/reoxygenation and UV-irradiation: protective effects of SkQ1, lithium ions and insulin, FEBS Lett., 582, 3117-3124, doi: 10.1016/j.febslet.2008.08.002.

55. Skulachev, V. P., Bakeeva, L. E., Chernyak, B. V, Domnina, L. V, Minin, A. A., Pletjushkina, O. Y., Saprunova, V. B., Skulachev, I. V, Tsyplenkova, V. G., Vasiliev, J. M., et al. (2004) Thread-grain transition of mitochondrial reticulum as a step of mitoptosis and apoptosis, Mol. Cell Biochem., 256-257, 341-358, doi: 10.1023/B:MCBI.0000009880.94044.49.

56. Zorov, D. B., Vorobjev, I. A., Popkov, V. A., Babenko, V. A., Zorova, L. D., Pevzner, I. B., Silachev, D. N., Zorov, S. D., Andrianova, N. V and Plotnikov, E. Y. (2019) Lessons from the discovery of mitochondrial fragmentation (fission): A review and update, Cells, 8, 175, doi: 10.3390/cells8020175.

57. Youle, R. J., and van der Bliek, A. M. (2012) Mitochondrial fission, fusion, and stress, Science, 337, 1062-1065, doi: 10.1126/science.1219855.

58. Chen, H., Vermulst, M., Wang, Y. E., Chomyn, A., Prolla, T. A., McCaffery, J. M., and Chan, D. C. (2010) Mitochondrial fusion is required for mtDNA stability in skeletal muscle and tolerance of mtDNA mutations, Cell, 141, 280-289, doi: 10.1016/j.cell.2010.02.026.

59. Drachev, V. A., and Zorov, D. B. (1986) Mitochondria as an electric cable. Experimental testing of a hypothesis, Dokl. Akad. Nauk SSSR, 287, 1237-1238.

60. Amchenkova, A. A., Bakeeva, L. E., Chentsov, Y. S., Skulachev, V. P., and Zorov, D. B. (1988) Coupling membranes as energy-transmitting cables. I. Filamentous mitochondria in fibroblasts and mitochondrial clusters in cardiomyocytes, J. Cell Biol., 107, 481-495, doi: 10.1083/jcb.107.2.481.

61. Skulachev, V. P. (2001) Mitochondrial filaments and clusters as intracellular power-transmitting cables, Trends Biochem. Sci., 26, 23-29, doi: 10.1016/S0968-0004(00)01735-7.

62. Bakeeva, L. E., Chentsov, Yu. S and Skulachev, V. P. (1978) Mitochondrial framework (reticulum mitochondriale) in rat diaphragm muscle, Biochim. Biophys. Acta, 501, 349-369, doi: 10.1016/0005-2728(78)90104-4.

63. Bakeeva, L. E., Chentsov, Y. S., and Skulachev, V. P. (1981) Ontogenesis of mitochondrial reticulum in rat diaphragm muscle, Eur. J. Cell Biol., 25, 175-181.

64. Eldarov, C. M., Vangely, I. M., Vays, V. B., Sheval, E. V, Holtze, S., Hildebrandt, T. B., Kolosova, N. G., Popkov, V. A., Plotnikov, E. Y., Zorov, D. B., et al. (2020) Mitochondria in the nuclei of rat myocardial cells, Cells, 9, 712, doi: 10.3390/cells9030712.

65. Khryapenkova, T. G., Plotnikov, E. Y., Korotetskaya, M. V, Sukhikh, G. T., and Zorov, D. B. (2008) Heterogeneity of mitochondrial potential as a marker for isolation of pure cardiomyoblast population, Bull. Exp. Biol. Med., 146, 506-511, doi: 10.1007/s10517-009-0327-3.

66. Popkov, V. A., Plotnikov, E. Y., Lyamzaev, K. G., Silachev, D. N., Zorova, L. D., Pevzner, I. B., Jankauskas, S. S., Zorov, S. D., Babenko, V. A., and Zorov, D. B. (2015) Mitodiversity, Biochemistry (Moscow), 80, 532-541, doi: 10.1134/S000629791505003X.

67. Smith, R. A., and Ord, M. J. (1983) Mitochondrial form and function relationships in vivo: their potential in toxicology and pathology, Int. Rev. Cytol., 83, 63-134, doi: 10.1016/S0074-7696(08)61686-1.

68. Wikstrom, J. D., Twig, G., and Shirihai, O. S. (2009) What can mitochondrial heterogeneity tell us about mitochondrial dynamics and autophagy? Int. J. Biochem. Cell Biol., 41, 1914-1927, doi: 10.1016/j.biocel.2009.06.006.

69. Kuznetsov, A. V., and Margreiter, R. (2009) Heterogeneity of mitochondria and mitochondrial function within cells as another level of mitochondrial complexity, Int. J. Mol. Sci., 10, 1911-1929, doi: 10.3390/ijms10041911.

70. Wikstrom, J. D., Katzman, S. M., Mohamed, H., Twig, G., Graf, S. A., Heart, E., Molina, A. J. A., Corkey, B. E., de Vargas, L. M., Danial, N. N., et al. (2007) beta-Cell mitochondria exhibit membrane potential heterogeneity that can be altered by stimulatory or toxic fuel levels, Diabetes, 56, 2569-2578, doi: 10.2337/db06-0757.

71. Hackenbrock, C. R. (1968) Chemical and physical fixation of isolated mitochondria in low-energy and high-energy states, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 61, 598-605, doi: 10.1073/pnas.61.2.598.

72. Hackenbrock, C. R. (1966) Ultrastructural bases for metabolically linked mechanical activity in mitochondria. I. Reversible ultrastructural changes with change in metabolic steady state in isolated liver mitochondria, J. Cell Biol., 30, 269-297, doi: 10.1083/jcb.30.2.269.

73. Hackenbrock, C. R. (1968) Ultrastructural bases for metabolically linked mechanical activity in mitochondria. II. Electron transport-linked ultrastructural transformations in mitochondria, J. Cell Biol., 37, 345-369, doi: 10.1083/jcb.37.2.345.

74. Hackenbrock, C. R. (1972) States of activity and structure in mitochondrial membranes, Ann. NY Acad. Sci., 195, 492-504, doi: 10.1111/j.1749-6632.1972.tb54831.x.

75. Bakeeva, L. E., Grinius, L. L., Jasaitis, A. A., Kuliene, V. V, Levitsky, D. O., Liberman, E. A., Severina, I. I., and Skulachev, V. P. (1970) Conversion of biomembrane-produced energy into electric form. II. Intact mitochondria, Biochim. Biophys. Acta, 216, 13-21, doi: 10.1016/0005-2728(70)90154-4.

76. Anusha-Kiran, Y., Mol, P., Dey, G., Bhat, F. A., Chatterjee, O., Deolankar, S. C., Philip, M., Prasad, T. S. K., Srinivas Bharath, M. M., and Mahadevan, A. (2022) Regional heterogeneity in mitochondrial function underlies region specific vulnerability in human brain ageing: Implications for neurodegeneration, Free Radic. Biol. Med., 193, 34-57, doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2022.09.027.

77. Sakai, C., Tomitsuka, E., Esumi, H., Harada, S., and Kita, K. (2012) Mitochondrial fumarate reductase as a target of chemotherapy: from parasites to cancer cells, Biochim. Biophys. Acta, 1820, 643-651, doi: 10.1016/j.bbagen.2011.12.013.

78. Plotnikov, E. Y., Babenko, V. A., Silachev, D. N., Zorova, L. D., Khryapenkova, T. G., Savchenko, E. S., Pevzner, I. B., and Zorov, D. B. (2015) Intercellular transfer of mitochondria, Biochemistry (Moscow), 80, 542-548, doi: 10.1134/S0006297915050041.

79. Babenko, V. A., Silachev, D. N., Popkov, V. A., Zorova, L. D., Pevzner, I. B., Plotnikov, E. Y., Sukhikh, G. T., and Zorov, D. B. (2018) Miro1 enhances mitochondria transfer from multipotent mesenchymal stem cells (MMSC) to neural cells and improves the efficacy of cell recovery, Molecules, 23, 687, doi: 10.3390/molecules23030687.

80. Plotnikov, E. Y., Khryapenkova, T. G., Galkina, S. I., Sukhikh, G. T., and Zorov, D. B. (2010) Cytoplasm and organelle transfer between mesenchymal multipotent stromal cells and renal tubular cells in co-culture, Exp. Cell Res., 316, 2447-2455, doi: 10.1016/j.yexcr.2010.06.009.

81. Plotnikov, E. Y., Khryapenkova, T. G., Vasileva, A. K., Marey, M. V, Galkina, S. I., Isaev, N. K., Sheval, E. V, Polyakov, V. Y., Sukhikh, G. T., and Zorov, D. B. (2008) Cell-to-cell cross-talk between mesenchymal stem cells and cardiomyocytes in co-culture, J. Cell Mol. Med., 12, 1622-1631, doi: 10.1111/j.1582-4934.2007.00205.x.

82. Koyanagi, M., Brandes, R. P., Haendeler, J., Zeiher, A. M., and Dimmeler, S. (2005) Cell-to-cell connection of endothelial progenitor cells with cardiac myocytes by nanotubes: a novel mechanism for cell fate changes? Circ. Res., 96, 1039-1041, doi: 10.1161/01.RES.0000168650.23479.0c.

83. Rustom, A., Saffrich, R., Markovic, I., Walther, P., and Gerdes, H.-H. (2004) Nanotubular highways for intercellular organelle transport, Science, 303, 1007-1010, doi: 10.1126/science.1093133.

84. Plotnikov, E. Y., Silachev, D. N., Popkov, V. A., Zorova, L. D., Pevzner, I. B., Zorov, S. D., Jankauskas, S. S., Babenko, V. A., Sukhikh, G. T., and Zorov, D. B. (2017) Intercellular signalling cross-talk: To kill, to heal and to rejuvenate, Heart Lung Circ., 26, 648-659, doi: 10.1016/j.hlc.2016.12.002.

85. Babenko, V. A., Silachev, D. N., Zorova, L. D., Pevzner, I. B., Khutornenko, A. A., Plotnikov, E. Y., Sukhikh, G. T., and Zorov, D. B. (2015) Improving the post-stroke therapeutic potency of mesenchymal multipotent stromal cells by cocultivation with cortical neurons: The role of crosstalk between cells, Stem Cells Transl. Med., 4, 1011-1020, doi: 10.5966/sctm.2015-0010.

86. Frankenberg, G., Rogers, A. V., Mak, J. C. W., Halayko, A. J., Hui, C. K. M., Xu, B., Chung, K. F., Rodriguez, T., Michaeloudes, C., and Bhavsar, P. K (2022) Mitochondrial transfer regulates bioenergetics in healthy and chronic obstructive pulmonary disease airway smooth muscle, Am. J. Respir. Cell. Mol. Biol., 67, 471-481, doi: 10.1165/rcmb.2022-0041OC.

87. Sinha, P., Islam, M.N., Bhattacharya, S., and Bhattacharya, J (2016) Intercellular mitochondrial transfer: bioenergetic crosstalk between cells, Curr. Opin. Genet. Dev., 38, 97-101, doi: 10.1016/j.gde.2016.05.002.

88. Masuzawa, A., Black, K. M., Pacak, C. A., Ericsson, M., Barnett, R. J., Drumm, C., Seth, P., Bloch, D. B., Levitsky, S., Cowan, D. B., et al. (2013) Transplantation of autologously derived mitochondria protects the heart from ischemia-reperfusion injury, Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol., 304, H966-H982, doi: 10.1152/ajpheart.00883.2012.

89. Willingham, T.B., Ajayi, P.T., and Glancy B. (2021) Subcellular specialization of mitochondrial form and function in skeletal muscle cells, Front. Cell Dev. Biol., 9, 757305, doi: 10.3389/fcell.2021.757305.

90. Ngo, J., Osto, C., Villalobos, F., and Shirihai, O. S. (2021) Mitochondrial heterogeneity in metabolic diseases, Biology (Basel), 10, 927, doi: 10.3390/biology10090927.

91. Gureev, A. P., Andrianova, N. V, Pevzner, I. B., Zorova, L. D., Chernyshova, E. V, Sadovnikova, I. S., Chistyakov, D. V, Popkov, V. A., Semenovich, D. S., Babenko, V. A., et al. (2022) Dietary restriction modulates mitochondrial DNA damage and oxylipin profile in aged rats, FEBS J., 289, 5697-5713, doi: 10.1111/febs.16451.

92. Santamaria, M., Lanave, C., Vicario, S., and Saccone, C. (2007) Variability of the mitochondrial genome in mammals at the inter-species/intra-species boundary, Biol. Chem., 388, 943-946, doi: 10.1515/BC.2007.121.

93. Aryaman, J., Johnston, I. G., and Jones, N. S. (2019) Mitochondrial heterogeneity, Front. Genet., 9, 718, doi: 10.3389/fgene.2018.00718.

94. Kopinski, P. K., Singh, L. N., Zhang, S., Lott, M. T., and Wallace, D. C. (2021) Mitochondrial DNA variation and cancer, Nat. Rev. Cancer, 21, 431-445, doi: 10.1038/s41568-021-00358-w.

95. Wallace, D. C. (2018) Mitochondrial genetic medicine, Nat. Genet., 50, 1642-1649, doi: 10.1038/s41588-018-0264-z.

96. 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., et al. (1981) Sequence and organization of the human mitochondrial genome, Nature, 290, 457-465, doi: 10.1038/290457a0.

97. Van Goethem, G., Dermaut, B., Löfgren, A., Martin, J. J., and van Broeckhoven, C. (2001) Mutation of POLG is associated with progressive external ophthalmoplegia characterized by mtDNA deletions, Nat. Genet., 28, 211-212, doi: 10.1038/90034.

98. Spelbrink, J. N., Li, F. Y., Tiranti, V., Nikali, K., Yuan, Q. P., Tariq, M., Wanrooij, S., Garrido, N., Comi, G., Morandi, L., et al. (2001) Human mitochondrial DNA deletions associated with mutations in the gene encoding Twinkle, a phage T7 gene 4-like protein localized in mitochondria, Nat. Genet., 28, 223-231, doi: 10.1038/90058.

99. Goffart, S., Cooper, H. M., Tyynismaa, H., Wanrooij, S., Suomalainen, A., and Spelbrink, J. N. (2009) Twinkle mutations associated with autosomal dominant progressive external ophthalmoplegia lead to impaired helicase function and in vivo mtDNA replication stalling, Hum. Mol. Genet., 18, 328-340, doi: 10.1093/hmg/ddn359.

100. Holt, I. J., Harding, A. E., and Morgan-Hughes, J. A. (1988) Deletions of muscle mitochondrial DNA in patients with mitochondrial myopathies, Nature, 331, 717-719, doi: 10.1038/331717a0.

101. Moraes, C. T., DiMauro, S., Zeviani, M., Lombes, A., Shanske, S., Miranda, A. F., Nakase, H., Bonilla, E., Werneck, L. C., and Servidei, S. (1989) Mitochondrial DNA deletions in progressive external ophthalmoplegia and Kearns-Sayre syndrome, N. Engl. J. Med., 320, 1293-1299, doi: 10.1056/NEJM198905183202001.

102. Poulton, J., Deadman, M. E., and Gardiner, R. M. (1989) Duplications of mitochondrial DNA in mitochondrial myopathy, Lancet, 1, 236-240, doi: 10.1016/S0140-6736(89)91256-7.

103. Zaidi, A. A., Wilton, P. R., Su, M. S.-W., Paul, I. M., Arbeithuber, B., Anthony, K., Nekrutenko, A., Nielsen, R., and Makova, K. D. (2019) Bottleneck and selection in the germline and maternal age influence transmission of mitochondrial DNA in human pedigrees, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 116, 25172-25178, doi: 10.1073/pnas.1906331116.

104. Beck, E. A., Bassham, S., Cresko, W. A. (2022) Extreme intraspecific divergence in mitochondrial haplotypes makes the threespine stickleback fish an emerging evolutionary mutant model for mito-nuclear interactions, Front. Genet., 13, 925786, doi: 10.3389/fgene.2022.925786.

105. Torroni, A., Huoponen, K., Francalacci, P., Petrozzi, M., Morelli, L., Scozzari, R., Obinu, D., Savontaus, M. L., Wallace, D. C. (1996) Classification of european mtDNAs from an analysis of tree european populations, Genetics, 144, 1835-1850, doi: 10.1093/genetics/144.4.1835.

106. Van Oven, M., Kayser, M. (2009) Updated comprehensive phylogenetic tree of global human mitochondrial DNA variation, Hum. Mutat., 30, 386-394, doi: 10.1002/humu.20921.

107. Shapiro, L., McAdams, H. H., and Losick, R. (2002) Generating and exploiting polarity in bacteria, Science, 298, 1942-1946, doi: 10.1126/science.1072163.

108. Jazwinski, S. M. (2002) Growing old: metabolic control and yeast aging, Annu. Rev. Microbiol., 56, 769-792, doi: 10.1146/annurev.micro.56.012302.160830.

109. Zorov, D. B., Popkov, V. A., Zorova, L. D., Vorobjev, I. A., Pevzner, I. B., Silachev, D. N., Zorov, S. D., Jankauskas, S. S., Babenko, V. A., and Plotnikov, E. Y. (2017) Mitochondrial aging: Is there a mitochondrial clock? J. Gerontol. A Biol. Sci. Med. Sci., 72, 1171-1179, doi: 10.1093/gerona/glw184.