From powerhouse to regulator: The role of mitoepigenetics in mitochondrion-related cellular functions and human diseases

表观遗传学 线粒体DNA 表观基因组 线粒体 计算生物学 DNA甲基化 线粒体生物发生 细胞生物学 线粒体融合 生物 基因表达 遗传学 基因
作者
Luigi Donato,Domenico Mordà,Concetta Scimone,Simona Alibrandi,Rosalia D’Angelo,Antonina Sidoti
出处
期刊:Free Radical Biology and Medicine [Elsevier BV]
卷期号:218: 105-119 被引量:10
标识
DOI:10.1016/j.freeradbiomed.2024.03.025
摘要

Beyond their crucial role in energy production, mitochondria harbor a distinct genome subject to epigenetic regulation akin to that of nuclear DNA. This paper delves into the nascent but rapidly evolving fields of mitoepigenetics and mitoepigenomics, exploring the sophisticated regulatory mechanisms governing mitochondrial DNA (mtDNA). These mechanisms encompass mtDNA methylation, the influence of non-coding RNAs (ncRNAs), and post-translational modifications of mitochondrial proteins. Together, these epigenetic modifications meticulously coordinate mitochondrial gene transcription, replication, and metabolism, thereby calibrating mitochondrial function in response to the dynamic interplay of intracellular needs and environmental stimuli. Notably, the dysregulation of mitoepigenetic pathways is increasingly implicated in mitochondrial dysfunction and a spectrum of human pathologies, including neurodegenerative diseases, cancer, metabolic disorders, and cardiovascular conditions. This comprehensive review synthesizes the current state of knowledge, emphasizing recent breakthroughs and innovations in the field. It discusses the potential of high-resolution mitochondrial epigenome mapping, the diagnostic and prognostic utility of blood or tissue mtDNA epigenetic markers, and the promising horizon of mitochondrial epigenetic drugs. Furthermore, it explores the transformative potential of mitoepigenetics and mitoepigenomics in precision medicine. Exploiting a theragnostic approach to maintaining mitochondrial allostasis, this paper underscores the pivotal role of mitochondrial epigenetics in charting new frontiers in medical science.
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