Выявление и анализ активного механизма импорта ДНК в растительные митохондрии тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.12, кандидат биологических наук Кулинченко, Милана Вячеславовна

• Кулинченко, Милана Вячеславовна
• кандидат биологических наук
• 2003

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Кулинченко, Милана Вячеславовна

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1 Общая характеристика митохондриального генома высших растений.

1.1.1 Особенности структурной организации генома растительных митохондрий.

1.1.2 Кодирующие последовательности мт-генома высших растений.

1.1.3 Перенос нуклеотидных последовательностей между органеллами

1.2 Плазмидоподобные митохондриальные ДНК высших растений.

1.2.1 Исследования репликации ппДНК.

1.2.2 Функциональная роль ппДНК в растительных митохондриях.

1.2.3 Происхождение ппДНК.

1.3 Исследования импорта нуклеиновых кислот в митохондрии.

1.3.1 Роль импорта нуклеиновых кислот в реализации генетических процессов в митохондриях на примере импорта РНК.

1.3.2. Исследование механизмов импорта тРНКу различных организмов

1.3.2.1 Участие митохондриального белкового аппарата импорта в транслокации РНК у ЗассаготусвБ сегеугяае и млекопитающих.

1.3.2.2 Прямой импорт тРНК у трипаносоматид.

1.3.2.3 Исследования механизма импорта РНК у растений.

1. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ.

2.1 Выделение растительных митохондрий.

2.2 Функциональное тестирование изолированных растительных митохондрий.

2.3 Молекулярно-биологические методы, использованные при анализе ДНК и клонировании генетических конструкций для импорта.

2.3.1 Амплификация ДНК в полимеразной цепной реакции (ПЦР).

2.3.2 Трансформация бактерий методом электропорации.

2.3.3 Выделение плазмидной ДНК и ее ферментативная обработка.

2.3.4 Электрофоретический анализ ДНК и элюция ДНК из агарозного геля.

2.4 Радиоактивно меченые субстраты ДНК, использованные для импорта в митохондрии.

2.5 Создание генетических конструкций для импорта ДНК в митохондрии и транскрипции.

2.6 Эксперименты по импорту ДНК в митохондрии.

2.6.1 Импорт ДНК в изолированные митохондрии в стандартных условиях.

2.6.2 Получение митопластов.

2.6.3 Обработка митохондрий окислительными агентами.

2.6.4 Обработка митохондрий трипсином.

2.6.5 Обработка митохондрий антителами.

2.7 Анализ транскрипции импортированных в митохондрии последовательностей ДНК методом обратной транскрипции/ЛЦР.

2.8 Анализ транскрипции и репликации импортированных в митохондрии последовательностей ДНК методом синтеза РНК и ДНК inorganello.

2.9 Получение субмитохондриальных фракций.

2.10 Электрофорез митохондриальных бежов в полиакриламидном геле (ПААГ) и радиоавтография геля.

2.11 Southern-Western и Northern-Western блоттинг.

2.12 Транскрипция in vitro.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.

3.1 Транслокация ДНК в растительные митохондрии

3.1.1 Определение условий импорта ДНК в растительные митохондрии

3.1.2 Импорт ДНК происходит через интактные внешнюю и внутреннюю митохондриальные мембраны.

3.2 Определение специфичности импортируемой в растительные митохондрии ДНК.

3.3 Транскрипция и репликация импортируемой в митохондрии ДНК.

3.3.1 Клонирование векторов для анализа экспрессии импортированной в растительные митохондрии экзогенной ДНК.

3.3.2 Анализ транскрипции импортированной в митохондрии экзогенной ДНК методами ОТ-ПЦР и Southern-блот гибридизации.

3.3.3 Анализ репликации импортированной в растительные митохондрии экзогенной ДНК методом Southern-блот гибридизации.

3.4 Исследование механизма импорта ДНК в растительные митохондрии.

3.4.1 Активность процесса транслокации ДНК.

3.4.2 Исследование участия в процессе импорта ДНК митохондриальных белков методами Southern- Western-блот гибридизации и «ковалентных сшивок».

3.4.3 Импорт ДНК в митохондрии и явление митохондриальной мегапроницаемости.

3.4.4 Исследование участия в процессе транслокации ДНК митохондриального порина.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Выявление и анализ активного механизма импорта ДНК в растительные митохондрии»

Систематические исследования митохондриальных нуклеотидных последовательностей дают основания предполагать, что предки зеленых растений обладали компактным митохондриальным геномом (Turmel et al., 2002). Несмотря на это, для высших растений, в особенности покрытосеменных, по сравнению с геномами органелл животных и грибов (имеющих размер, в среднем, 16-100 тпн) характерен митохондриальный геном поразительно больших размеров (в среднем 300-800 тпн). Исходя из данных о нуклеотидных последовательностях митохондриального генома, лишь 11 - 18% мтДНК представляют собой гены, кодирующие белки или структурные РНК, более 5% последовательностей имеют хлоропластное, ядерное или вирусное происхождение. При этом наиболее интригующим является то, что для более половины всех митохондриальных последовательностей до сих пор не определены ни их функции, ни их происхождение (Kubo et al., 2000; Marienfeld et al., 1999; Unseld et al., 1997). Хотя все эти процессы имеют эволюционные масштабы, представляется весьма вероятным, что растительные митохондрии обладают выраженной способностью к захвату и интегрированию в геном чужеродных последовательностей. Помимо этого, митохондрии многочисленных растительных видов характеризуются еще одним, отличающим их от митохондрий млекопитающих и многих других эукариотических организмов, свойством. В дополнение к основной высокомолекулярной мтДНК они содержат один или несколько типов экстрахромосомных плазмид, или репликонов, которыми могут быть молекулы ДНК или же РНК, размером от 0,7 и до более чем 20 тпн (Brennicke и Blanz, 1982; Brown и Zhang, 1995; Fukuhara et al., 1995; Kanazawa et al., 1998; Leaver и Gray, 1982; Lonsdale и Grienenberger, 1992, и содержащиеся в них ссылки). В исследованных к настоящему времени растительных видах митохондриальные плазмидоподобные ДНК представлены как видоспецифичный набор кольцевых и линейных молекул ДНК с неопределенными функциями, реплицирующимися независимо от основной геномной мтДНК (Brown и Zhang, 1995; Kanazawa et al., 1998; Leon et al., 1992). Большинство из митохондриальных плазмид не имеют гомологий с основным митохондриальным геномом и, по-видимому, не являются необходимыми для его функционирования. Однако, в зависимости от стадии развития, в митохондриях они могут находиться в высокой стехиометрической степени копийности относительно основного генома: например, для линейных плазмид S1 и S2 из кукурузных митохондрий было показано соответствующее отношение - 5:1. Эти данные, в какой-то степени, совпадают с тем, как соотносятся друг с другом хромосомная ДНК и плазмидные ДНК у бактерий. Линейные митохондриальные ДНК-плазмиды могут нести экспрессирующиеся последовательности, кодирующие белки или тРНК (Leon et al., 1992; Leon et al., 1989). Происхождение мт-плазмид неизвестно. Предполагают, что двухцепочечные плазмиды могли быть внесены в клетки высших растений симбиотическим или патогенным путем. В поддержку этой гипотезы выдвигается аргумент о том, что двухцепочечные линейные плазмиды своим 5'-концом ассоциированы с белком, что напоминает собой структуру некоторых вирусных молекул (Douce и Neuburger, 1989).

Присутствие в растительных митохондриях интегрированных ретротранспозонов, имеющих ядерное происхождение, последовательностей, происходящих от РНК вирусов и РНК плазмид, свидетельствует о том, что, возможно, межорганелльный перенос осуществлялся посредством интермедиатов РНК (Marienfeld et al., 1999; Marienfeld et al., 1997). Такого рода предположения согласуются с данными о существовании в растительных митохондриях специфичного импорта тРНК (Delage et al., 1998; Dietrich et al., 1996; Glover et al., 2001; Maréchal-Drouard et al., 1993; Schneider и Maréchal-Drouard, 2000), однако, до сих пор не было установлено существования импорта более крупных молекул РНК, и, в любом случае, этим механизмом нельзя объяснить все случаи захвата митохондриями генетической информации, а также возникновение в них ДНК-плазмид.

Принимая во внимание появление в ходе эволюции растений специфичных, и, более того, видоспецифичных, наборов митохондриальных ДНК-плазмид, а также возможную их роль в обмене генетической информацией между органеллами, логично предположить существование in vivo контролируемого механизма транспорта ДНК через митохондриальную мембрану. Целью данной работы было исследование возможного механизма импорта ДНК в системе изолированных митохондрий in organello.

Для этого необходимо было решить следующие задачи:

1. Исследовать возможность транслокации митохондриальной линейной плазмиды размером 2,3 тпн кукурузы в изолированные митохондрии S. tuberosum. Определить метаболические условия, оптимальные для импорта ДНК, и уровень специфичности импорта различных ДНК-субстратов в митохондрии.

2. Изучить возможность экспрессии и репликации импортируемого генетического материала в системе in organello с использованием разработанных для этого генетических конструкций с геном GFP.

3. Исследовать возможные молекулярные механизмы импорта ДНК в растительные митохондрии.

В ходе выполнения работы получены следующие основные результаты. Показано, что изолированные растительные митохондрии способны импортировать двухцепочечную линейную ДНК небольшого размера (<10 тпн) посредством активного, не зависящего от последовательности ДНК процесса. Установлено, что импортированная в митохондрии ДНК может транскрибироваться и реплицироваться. Ингибиторный анализ показал, что в процессе импорта ДНК участвуют, по всей видимости, белок внешней мембраны - митохондриальный порин (англ. VDАС - voltage-dependent anion channel), а также белок-переносчик внутренней мембраны адениннуклеотидтранслоказа (англ. ANT - adenine nucleotide translocator), о которых известно, что они являются компонентами митохондриального комплекса, опосредующего мегапроницаемость митохондриальных мембран животного происхождения (Zamzami and Kroemer, 2001). При этом точно установлено, что импорт ДНК не связан с самим явлением митохондриальной мегапроницаемости, а происходит, очевидно, через специфический канал, формируемый с участием порина и АНТ.

Установленная система импорта ДНК в изолированные растительные митохондрии может быть использована, в дальнейшем, для изучения фундаментальных генетических процессов в этих органеллах. Полученные данные свидетельствуют также о том, что наблюдаемый у различных организмов перенос генетического материала между органеллами и, возможно, не только в рамках одного вида, может иметь вполне определенный контролируемый механизм. Дальнейшее исследование данного феномена может способствовать углублению знаний об эволюции растений и об участии в этом процессе плазмидоподобных ДНК.

Диссертация состоит из введения, обзора литературы, методической части, главы с результатами и их обсуждением, заключения, выводов и списка цитированной литературы. Работа изложена на 144 страницах машинописного текста, включая 3 таблицы и 31 рисунок. Список литературы состоит из 252 ссылок.

Заключение диссертации по теме «Физиология и биохимия растений», Кулинченко, Милана Вячеславовна

ВЫВОДЫ

1. Изолированные митохондрии S. tuberosum способны к транспорту экзогенной ДНК во внутреннее пространство органелл.

2. Импорт ДНК в растительные митохондрии не зависит от нуклеотидной последовательности импортируемой молекулы, но возможен лишь в отношении двухцепочечных молекул, и более эффективен в отношении линейных фрагментов, ограниченных в размерах несколькими тпн.

3. Изолированные растительные митохондрии, в системе in organello, способны к инициации транскрипции чужеродных последовательностей ДНК; под контролем независимых друг от друга промоторов в митохондриях экспрессируются две различные кодирующие последовательности, GFP и ОРС1, содержащиеся в импортируемой конструкции ДНК, созданной на основе кукурузной митохондриальной линейной плазмиды 2,3 тпн.

4. Эффективная экспрессия вводимых генов зависит, по-видимому, от присутствия фланкирующих ген плазмидных последовательностей, а также от типа используемого для контроля экспрессии промотора.

5. Импорт ДНК в растительные митохондрии является активным процессом, требующим для своего протекания существующего на внутренней митохондриальной мембране электрохимического потенциала.

6. Импорт ДНК в растительные митохондрии не зависит от присутствия цитоплазматических факторов и протекает с помощью механизма, не связанного с процессами импорта тРНК и белковых предшественников.

7. Наблюдаемый импорт ДНК не связан с классическими процессами митохондриальной мегапроницаемости, вызываемыми присутствем ионов 1

Ca и окислительным стрессом, так как значительно ингибируется в условиях индукции ММП, в том числе в окислительных условиях.

8. Транслокация ДНК через митохондриальную мембрану может происходить посредством специфичного мегаканала, формируемого с участием митохондриального порина и АНТ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Во многих физиологических и патологических процессах клетки транспорт нуклеиновых кислот, ДНК или РНК, через биологические мембраны представляется одной из важных, не нашедших до сих пор своего разрешения, проблем. Становится все более очевидным как для прокариот, так и для эукариот, что в функционирование такого рода транспорта должны быть вовлечены белковые каналы. Например, бактериальная трансформация, коньюгация и фаговая инфекция происходят с участием либо конститутивных каналов, либо для переноса ДНК формируются специальные поры (Dreiseikelmann, 1994; Dubnau, 1999). Одним из наиболее охарактеризованных примеров такого рода является белок внешней мембраны Escherichia coli FhuA, который, как было показано, выполняет двойную функцию транспортера и транслоцирующего фаговую ДНК канала (Bonhivers et al., 1998). Ионный канал высокой проводимости Bacillus subtilis опосредует проницаемость для ДНК плоского липидного бислоя в реконструированной системе (Szabo et al., 1997). Полимеры ДНК могут проникать через поры размером в 2 нм, формируемые в липидном бислое бактериальным экзотоксином, имеющим повреждающую мембраны функцию, а-гемолизином из Staphylococcus aureus (Meller et al., 2000). Транслокация переносимой через плазматическую мембрану ДНК при трансформации растительных клеток плазмидами Agrobacterium tumefaciens происходит через канал, формируемый бактериальным вирулентным белком VirE2, который входит также в защитный белковый слой Т-ДНК при переносе последней в ядро (Dumas et al., 2001).

В настоящей работе представлены данные о существовании ещё одного процесса органелльного транспорта, а именно, активного импорта в митохондрии растений крупноразмерных двухцепочечных молекул ДНК. Механизм, опосредующий этот процесс, также может включать в себя участие многофункциональных белковых комплексов. Опираясь на полученные в работе данные, мы предполагаем, что в местах контакта между внешней и внутренней мембранами растительных митохондрий формируется «мегаканал», имеющий в своей основе комплекс белков порин/АНТ, сходный структурно с каналом, обеспечивающим мегапроницаемость митохондриальных мембран животных (Zamzami и Kroemer, 2001), и способный при определенных условиях осуществлять, преодолевая парадокс анионного транспорта в негативно заряженный компартмент, активную транлокацию ДНК в митохондрии. По крайней мере, митохондриальный порин является весьма вероятным кандидатом для выполнения такого рода функций. В дополнение к вышесказанному следует отметить, что диаметр пор митохондриального порина может достигать величины в 3-4 нм (Mannella et al., 1992), сопоставимой с величиной поры, через которую могла бы пройти молекула ДНК, согласно проведенной оценке минимального диаметра двойной спирали (Rybenkov et al., 1993), а также вышеупомянутым исследованиям, проводившимся в реконструированных системах с а-гемолизином (Melier et al., 2000). Более того, исследования, проводившиеся с очищенным бычьм порином, показали, что при наложении на мембрану электрического напряжения порин способствует транслокации ДНК через плоский мембранный слой (Szabo et al., 1998).

Нормальное функционирование АНТ связано с эквимолярным обменом поступающего из цитоплазмы АДФ на синтезированный в митохондрии АТФ через внутреннюю мембрану. Однако, недавнее исследование с использованием протеолипосомных систем показало, что АНТ может формировать также и неспецифические поры (Vieira et al., 2000). Следует отметить, что транслокация ДНК в растительные митохондрии зависит, по-видимому, от особенностей конформации АНТ. Связывающий участок белка может быть открыт либо с внешней стороны внутренней мембраны («с» конформация, от англ. «cytosolic»), либо с внутренней («ш» конформация, от англ. «matrix») (Klingenberg и Nelson, 1994). Блокирование «с» конформации белка атрактилозидом ингибирует транспорт ДНК, в то время как блокирование «ш» конформации бонгкрековой кислотой оказывает на импорт определенное стимулирующее действие. Тот факт, что оба белка, и порин и АНТ, участвуют в транспорте в митохондриальный матрикс нуклеотида АДФ, также можно рассматривать, в некоторой степени, как аргумент в пользу их способности «узнавать» молекулу ДНК. В нуклеотидной последовательности, кодирующей АНТ, был найден мотив, сходный с элементом узнавания ДНК эстрогенового рецептора (Bouillaud et al., 1994). Этот мотив, в большинстве случаев, в митохондриях растений консервативен (Schuster et al., 1993; Winning et al., 1991), в особенности, - идентифицированные мутационным анализом три ключевые аминокислоты. В конечном счете, в пользу возможности формирования в митохондриях растений гипотетического митохондриального мегаканала на основе комплекса порин/АНТ, свидетельствует и тот факт, что как на ММП животных, так и на ММП растений воздействуют одни и те же эффекторы (Arpagaus et al., 2002). Исходя из наших экспериментальных данных, характеризующих процесс импорта (необходимости мембранного потенциала, чувствительности к ряду митохондриальных эффекторов, вовлеченности в процесс белков-переносчиков, ингибирования оксидантами) вытекает, что транслокация ДНК в митохондрии растений может являться неким природным феноменом, причем происходящим в нормальных физиологических условиях, а не в условиях окислительного стресса и/или ММП. Исходя из этого, можно предположить, что наблюдаемый нами процесс имеет, или имел, определенное значение в обмене генетической информацией между органеллами, либо служит каким-то неизвестным нам функциям. Как было подчеркнуто во введении, увеличение размера митохондриального генома растений посредством интеграции многочисленных дополнительных последовательностей, по сравнению с небольшими мт-геномами животных или Plasmodium, представляет собой поразительное явление, в особенности имея в виду единое эволюционное происхождение митохондрий всех эукариот (Gray et al., 2001). Импорт ДНК можно рассматривать также как потенциальную возможность обмена генетической информацией между митохондриями, вносящим свой вклад в генетическую стабильность и распространение полезных мутаций в популяции растительных митохондрий, также как и в распространение митохондриальных плазмид. Уже высказывались предположения о возможных механизмах защиты против вызываемых окислительным стрессом повреждений, в которых гипотетический импорт ДНК в митохондрии животных мог бы служить средством для замещения поврежденных последовательностей органеллы (Zorov, 1996). Присутствие в геноме органеллы вирусных последовательностей и плазмид (Brown и Zhang, 1995; Marienfeld et al., 1997) наводит на мысль о том, что растительные митохондрии могут участвовать в процессе изоляции внедрившегося в клетку патогенного генетического материала. У растений рост патогена часто ограничивается быстрым программируемым клеточным апоптозом (ПКА) вокруг места инфекции. Митохондрии участвуют в контроле ПКА, однако, многие из обнаруженных в митохондриях животных регуляторов клеточного апоптоза, по всей видимости, у растений отсутствуют (Lam et al., 2001). Импорт патогенной ДНК можно было бы рассматривать как один из кандидатов на роль стрессового сигнала, вызывающего в митохондриях повреждения и провоцирующего таким образом апоптоз клетки.

Дальнейшие исследования механизма импорта ДНК будут способствовать разработке стратегии трансформации растительных митохондрий, осуществление которой предоставило бы новые подходы в фундаментальных и биотехнологических исследованиях растений.

119

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Кулинченко, Милана Вячеславовна, 2003 год

1. Брода П. Плазмиды. -М.: Мир. 1982. - С.224.

2. Гринюс JI.JL. Транспорт макромолекул у бактерий. -М.: Наука. — 1986. — С.240.

3. Казакова Е.А. Тарасов И.А. Энтелис Н.С. Импорт РНК в митохондрии. // Молекуляр. Биол. 1996. - Т.ЗО. - С.748-758.

4. Кузьмин Е.В., Зайцева Г.Н. Организация и экспрессия митохондриального генома. // Итоги науки и техники. Общие проблемы физико-химической биологии. М.: - 1987. - Т.6. - С.145-246.

5. Минченко А.Г., Дударева Н.А. Митохондриальный геном. — Новосибирск: Наука.-1990.-С.194.

6. Atchison B.A., Devenish R.J., Linnane A.W., Nagley R. Transformation of Saccharomyces cerevisiae with yeast mitochondrial DNA linked to two micron yeast circular plasmid. // Biochem. Biophys. Res. Commun. 1980. - V.96. -P.580-586.

7. Auliffe M.A., Timmis J.N. Plastid DNA sequence homologies in the tobacconuclear genome. // Mol. Gen. Genet. 1992. - V.236. - V. 105-112.

8. Backert S., Dörfel P., Börner T. Investigation of plant organellar DNAs by pulsedfield gel electrophoresis. // Curr. Genet. 1995. - V.28. - P.390-399.

9. Backert S., Döfrel P., Lurz R., Börner T. Rolling-circle replication ofmitochondrial DNA in the higher plant Chenopodium album (L.). // Mol. Cell.

10. Biol. 1996.-V.16.-P.6285-6294.

11. Backert S., Lurz R., Oyarzabal O.A., Börner T. High content, size and distribution of single-stranded DNA in the mitochondria of Chenopodium album (L.). // Plant Mol. Biol. 1997. - V.33. - P. 103 7-1050.

12. Backert S., Nielsen B.L., Börner T. The mystery of the rings: structure and replication of mitochondrial genomes from higher plants. // Trends in Plant Sei. -1997a.-V.2.-P.447-483.

13. Backert S. Strand switching during rolling circle replication of plasmid-like DNA circles in the mitochondria of the higher plant Chenopodium album (L.). // Plasmid. 2000. - V.43. - P.166-170.

14. Bateman J.M., Purton S. Tools for chloroplast transformation in Chlamydomonas: expression vectors and a new dominant selectable marker. // Mol. Gen. Genet. -2000. V.263. - P.404-410.

15. Bedinger P., de Hostos E.L., Leon P., Walbot V. Cloning and characterization of a linear 2,3 kb mitochondrial plasmid of maize. // Mol. Gen. Genet. 1986. -V.205. -P.206-212.

16. Bailey-Serres G., Leroy P., Jones S.S., Wahleithner J.A., Wolstenholme D.R. Size distributions of circular moleculesin plant mitochondrial DNAs. // Curr. Genet. -1987. V.12. - P.49-53.

17. Bendich A.J. Reaching for the ring: the study of mitochondrial genome structure. // Curr. Genet. 1993. - V.24. - P.279-290.

18. Benslimane A.A., Rode A., Quetier F., Hartmann C. Characterization of two minicircular plasmid-like DNAs isolated from date-palm mitochondria. // Curr. Genet. 1994. - V.26. - P.535-541.

19. Benslimane A.A., Hartmann C., Ouenzar B., Rode A. Intramolecular recombination of a mitochondrial minicircular plasmid-like DNA of date-palm mediated by a set of short direct-repeat sequences. // Curr. Genet. 1996. - V.29. -P.591-593.

20. Bergman P., Edqvist J., Farbos I., and Glimelius K. Male-sterile tobacco displays abnormal mitochondrial atpl transcript accumulation and reduced floral ATP/ADP ratio. // Plant. Mol. Biol. 2000. - V.42. - P.531-544.

21. Bertrand H., Chan B.S.S., Griffiths A.J. Insertion of foreign nucleotide sequence into mitochondrial DNA causes senescence in Neurospora intermedia. II Cell. -1985. V.41. -P.877-884.

22. Braun H.P., Schmitz U.K. The protein-import apparatus of plant mitochondria. // Planta. 1999. - V.209. - P.267-274.

23. Brears T., Lonsdale D.M. The sugar beet mitochondrial genome: a complex organisation generated by homologous recombination. // Mol. Gen. Genet. 1988.- V.214. P.514-522.

24. Brown R.H., Rigsby L.L., Akin D.E. Enclosure of mitochondria by chloroplasts. // Plant Physiol. 1983. - V.71. - P.437-438.

25. Cho Y., Qiu Y.-L., Kuhlman P., Palmer J.D. Explosive invasion of plant mitochondria by a group I intron. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1998. - V.95. -P. 14244-14249.

26. Dietrich A., Weil J.-H., Marechal-Drouard L. // Annu. Rev. Cell. Biol. 1992. -V.8.-P.115-126.

27. Dietrich A., Marechal-Drouard L., Caneiro V., Cosset A., Small I. A single base change prevents import of cytosolic tRNAAla into mitochondria in transgenic plants. II Plant J. 1996. - V.10. - P.913-918.

28. Douce R., Neuburger M. The uniqueness of plant mitochondria. // Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 1989- V.40.-P.371-414. Dreiseikelmann B. Translocation of DNA across bacterial membranes. // Microbiol. Rev. - 1994. - V.58. P.293-316.

29. Dubnau D. DNA uptake in bacteria. // Annu. Rev. Microbiol. 1999. - V.53. -P.217-244.

30. Duchene A.-M., Peeters N., Dietrich A., Cosset A., Small I. D., Wintz H. Overlapping destinations for two dual-targeted glycyl-tRNA synthetases in Arabidopsis thaliana and Phaseolus vulgaris. II J. Biol. Chem. 2001. - V.276. -P.15275-15283.

31. Erickson L., Grant L., Beversdorf W. Cytoplasmic male sterility in rapeseed (Brassica napus L.) 2. The role of mitochondrial plasmid. // Theor. Appl. Genet. -1986. V.72. -P.151-157.

32. Escote L., Gabay-Laughnan S., Laughnan J. Cytoplasmic reversion to fertility in cms-S maize need not involve loss of linear mitochondrial plasmids. // Plasmid. -1985. V. 14. - P.264-267.

33. Esser K., Kuck V., Lemkle, Osiewaez, Stahl, Tudzynski. Plasmids of Eukaryotes. Fundamentals and applications. // Heidelberg Science Library. 1986. - P.342.

34. Farelly F., Butow R.A. Rearranged mitochondrial genes in the yeast nuclear genome. // Nature. 1983. - V.301. - P.296-301.

35. Farré J.C., Araya A. Gene expression in isolated plant mitochondria: high fidelityof transcription, splicing and editing of a transgene product in electroporatedorganelles. // Nucl. Acids Res. 2001. - V.29. - P.2484-2491.

36. Fauron C., Casper M., Gao Y., Moore B. The maize mitochondrial genome:dynamic yet functional. // TIG-1995. V.l 1. -N.6. - P.228-235.

37. Fey J., Maréchal-Drouard L. Compilation and analysis of plant mitochondrialpromoter sequences: An illustration of a divergent evolution between monocot anddicot mitochondria. // Biochem. Biophys. Res. Commun. — 1999. -V.256. 1. P.409-414.

38. Foga R., Fukuhara T., Nitta T. Molecular characterization of a single mitochondria-associated double-stranded RNA in the green alga Bryopsis. II Plant Mol. Biol. 1998. - V.36. - P.717-724.

39. Formanova N., Brown G.G. The maize mitochondrial plasmid RNA b is associated with protein during synthesis but is not encapsidated. // Plant Mol. Biol. 1997. - V.34. - P.383-392.

40. Fukuhara T., Moriyama H., Nitta T. The unusual structure of a novel RNA replicón in rice. II J. Biol. Chem. 1995. - V.270. - P. 18147-18149.

41. Garlid K.D., Paucek P. The mitochondrial potassium cycle. // IUBMB Life. -2001. V.52. - P.153-158.

42. Gray M.W. The evolutionary origins of organelles. // Trends in Genet. — 1989. -V.5. P.294-299.

43. Hallden C., Lind C., Bryngelsson T. Minicircle variation in Beta mitochondrial DNA. // Theor. Appl. Genet. 1989. - V.77. - P.337-342.

44. He L., Lemasters J .J. Regulated and unregulated mitochondrial permeability transition pores: a new paradigm of pore structure and function? // FEBS Lett. -2002.-V.25694.-P.1-7.

45. Heins L., Mentzel H., Schmid A., Benz R., Schmitz U.K. Biochemical, molecular, and functional characterization of porin isoforms from potato mitochondria. // J. Biol. Chem. 1994. - V.269. - P.26402-26410.

46. Hererra-Estrella L., Depicker A., Van Montagu M., Schell J. Expression of chimaeric genes transfered into plant cells using a Ti-plasmid-derived vector. // Nature. 1983. - V.303. -P.209-213.

47. Hiesel R., Wissinger B., Brennicke A. Cytochrome oxidase subunit II mRNA in Oenothera mitochondria are editing at 24 sites. I I Curr. Genet. 1990. - V.18. — P.371-375.

48. Hirai A., Nakazono M. Six percent of the mitochondrial genome in rice came from chloroplast DNA. // Plant Mol. Biol. Reporter 1993. - V. 11. - P.98-100.

49. Kemble R.J., Gunn R.E., Flavell R.B. Classification of normal and male-sterile cytoplasm in maize. II. Electrophoretic analysis of DNA species in mitochondria. // Genetics. 1980. - V. 95. - P.451-458.

50. Kemble R.L., Mans R.J., Gabay-Laughnan S., Laughnan J.R. Sequence homologous to episomal mitochondrial DNAs in the maize nuclear genome. // Nature. 1983.-V.304.-P.744-747.

51. Kubo T., Satoh Y., Muro T., Kinoshita T., Mikami T. Physical and gene organisation of mitochondrial DNA from the fertile cytoplasm of sugarbeet (Beta vulgaris L.). // Curr. Genet. 1995. - V.28. - P.235-241.

52. Kubo T., Mikami T. A duplicated sequence in sugarbeet mitochondrial transcripts is differentially edited: analysis of orfB and its derivative orf324 mRNAs. // Biochim. Biophys. Acta. 1996. - V.28. - P.235-241.

53. Kubo T., Nishizawa S., Sugawara A., Itchoda N., Estiati A., Mikami T. The complete nucleotide sequence of the mitochondrial genome of sugar beet (Beta vulgaris L.) reveals a novel gene for tRNAcys(GCA). // Nucl. Acids Res. 2000. -V.28. - P.2571-2576.

54. Kumar R., Marechal-Drouard L., Akama K., Small I. Striking differences in mitochondrial tRNA import between different plant species. // Mol. Gen. Genet. -1996. V.252. -P.518-529.

55. Kuzmin E.V., Levchenko I.V. SI plasmid from cms-S-maize mitochondria encodes a viral type DNA-polymerase. // Nucl. Acids Res. 1987. — V.l5. -P.4177.

56. Madesh M., Hajnoczky G. VDAC-dependent permeabilization of the outer mitochondrial membrane by superoxide induces rapid and massive cytochrome c release. //J. Cell Biol. -2001. -V.155. -P.1003-1015.

57. Mahapatra S., Adhya S. Import of RNA into Leishmania mitochondria occurs through direct interaction with membrane-bound receptors. // J. Biol. Chem. -1996.- V. 271. P. 20432-20437.

58. Mahapatra S., Ghosh S., Bera S.K., Ghosh T., Das A., Adhya S. The D-arm of tRNATyr is necessary and sufficient for import into Leishmania mitochondria in vitro. II Nucl. Acids Res. 1998.- V.26.-P.2037-2041.

59. Malek O., Brennicke A., Knoop V. Evolution of trans-splacing plant mitochondrial introns in pre-Permian times. // Proc. Natl. Acad. Sei. USA. 1997. - V.94. - P.553-558.

60. Mannella C.A., Forte M., Colombini M. Toward the molecular structure of the mitochondrial channel, VDAC. // J. Bioenerg. Biomembr. 1992; - V.24. - P.7-19.

61. Marechal-Drouard L., Weil J.-H., Guillemaut P. Import of several tRNA from the cytoplasm into mitochondria in beam Phaseolus vulgaris. // Nucl. Acids Res. — 1988. V.16. - P.4777-4788.

62. Marechal-Drouard L., Guillemaut P., Cosset A., Arbogast M., Weber F., Weil J.-H., Dietrich A. Transfer RNA of potato (Solanum tuberosum) mitochondria have different genetic origins. // Nucl. Acids Res. 1990. - V.18. - P.3689-3696.

63. Marechal-Drouard L., Weil J.-H., Dietrich A. Transfer RNAs and transfer RNA genes in plants. // Annu Rev. Plant. Physiol. Plant Mol. Biol. 1993. - V.44. -P.13-32.

64. Martinou J.C., Green D.R. Breaking the mitochondrial barrier. // Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2001. V.2. - P.63-67.

65. Meiler A., Nivon L., Brandin E., Golovchenko J., Branton, D. Rapid nanopore discrimination between single polynucleotide molecules. // Proc. Natl. Acad. Sei. USA. 2000. - V.97. - P. 1079-1084.

66. Mikami T., Harada T., Kinoshita T. Heterogeneity of circular mitochondrial DNA molecules from sugar beet with normal and male sterile cytoplasms. // Curr. Genet. 1986. - V.10. - P.695-700.

67. Miyata S., Kanazawa A., Tsutsumi N., Sano Y., Hirai A. Mitochondrial plasmid-like DNAs of family in the genus Oryzcr. sequence heterogeneity and evolution. // Jpn. J. Genet. 1995. - V.70. - P.675-685.

68. Montes G., Bredleer J.W. An association of chloroplasts and mitochondria in Zea mays and Hyptis suavolens. II Plant Sci. Lett. 1976. - V.6. — P.35-41. Mottram J.C., Bell S.D., Nelson R.G., Barry J.D. // J. Biol. Chem. — 1991. — V.226. — P.l 8313-18317.

69. Mukherjee S., Bhattacharyya S.N., Adhya S. Stepwise transfer of tRNA through the double membrane of Leishmania mitochondria. // J. Biol. Chem. 1999. - V. 274. -P. 31249-31255

70. Nabholz C.E., Horn E.K., Schneider A. tRNAs and proteins are imported into mitochondria of Trypanosoma brucei by two distinct mechanisms. // Mol. Biol. Cell. 1999. - V.10. - P.2547-2557.

71. Narayanan K.K. Organization of 117-kb circular mitochondrial chromosome in IR36 rice. II Curr. Genet. 1993. - V.23. - P.248-254.

72. Neuburger M., Journet E. P., Bligny R., Carde J. P., Douce R. Purification of plant mitochondria by isopycnic centrifiigation in density gradients of Percoll. // Arch. Biochem. Biophys. 1982. - V.217. - P.312-323.

73. Nikiforova I., Negruk V. Comparative electrophoretical analysis of plasmid-like mitochondrial DNAs in Vicia faba and some other legumes. // Planta. 1983. -N.157. -P.81-84.

74. Negruk V.I, Eisner G.J., Redichkina T.D., Dumanskaya N.N., Cherny D.J., Alexandrov A.A., Shemyakin M.F., Butenko R.G. Diversity of Vicia faba circular mtDNA in whole plants and suspensions cultures. // Theor. Appl. Genet. 1986. -V.72. -P.541-547.

75. Nomiyama H., Fukuda H., Wakasugi S., Tsuzuki T., Shimada K. Molecular structure of mitochondrial DNA-like sequences in human nuclear DNA. // Nuci. Acids Res. 1985. - V.l8. - P.7164-7168.

76. Nugent J.M., Palmer J.D. RNA-mediated transfer of the gene coxll from the mitochondrion to the nucleus during flowering plant evolution. // Cell. 1991. — V.66. -P.473-481.

77. Paschen S.A., Neupert W. Protein import into mitochondria. // 1UBMB Life. -2001. V.52. -P.101-112.

78. Pastore D., Stoppeiii M.C., Di Fonzo N., Passarella S. The existence of the K(+) channel in plant mitochondria. // J. Biol. Chem. 1999. - V.274. - P.26683-26690.

79. Pring D.R., Lonsdale D.M. Molecular biology of higher plant mitochondrial DNA. // Intern. Rev. Cytol. 1985. - V.97. - P.l-46.

80. Pritchard A., Seilhamer J., Mahaligam R., Sable C., Venuti S., Cummings D. Nucleotide sequence of the mitochondrial genome of Paramecium. II Nucl. Acids Res. 1990. - V.18. - P.173-180.

81. Rehling P., Wiedemann N., Pfanner N., Truscott K.N. The mitochondrial import machinery for preproteins. // Crit. Rev. Biochem. Mol. Biol. 2001. - V.36. -P.291-336.

82. Rostovtseva T., Colombini M. VDAC channels mediate and gate the flow of ATP: implications for the regulation of mitochondrial function. // Biophys. J. 1997. -V.72, - P.1954-1962.

83. Rubio M.A., Liu X., Yuzawa H., Alfonzo J.D., Simpson L. Selective importation of RNA into isolated mitochondria from Leishmania tarentolae. I IRNA. 2000. — V.6. -P.988-1003.

84. Rusconi C.P., Cech T.R. Mitochondrial import of only one of three nuclear-encoded glutamine tRNAs in Tetrahymena. IIEMBO J. 1996. - V.15. - P.3286-3295.

85. Rybenkov V.V., Cozzarelli N.R., Vologodskii A.V. Probability of DNA knotting and the effective diameter of the DNA double helix. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1993. - V.90. - P.5307-5311.

86. Sangare A., Weil J.-H., Grienenberger J.-M., Fauron C., Lonsdale D. Localization and organization of tRNA genes on the mitochondrial genomes of fertile and malesterile lines of maize. II Mol. Cell Genet. 1990. - V.223. - P.224-232.

87. Sbicego S., Nabholz C.E., Hauser R., Blum B., Schneider A. In vivo import of uncpliced tRNATyr containing synthetic introns of variable length into mitochondria of Leishmania tarentolae. II Nucl. Acids Res. 1998. - V.26. — P.5251-5255.

88. Schardi C.L., Lonsdale D.M., Pring D.R., Rose K.R. Linearization of maize mitochondrial chromosomes by recombination with linear episomes. // Nature. — 1984. V.310. - P.292-296.

89. Shi X., Chen D.H., Suyama Y. A nuclear tRNA gene cluster in the protozoan Leishmania tarentolae and different distribution of nuclear-encoded tRNAs between cytosol and mitochondria. // Mol. Biochem. Parasitol. 1994. - V.65. -P.23-37.

90. Shimizu S., Matsuoka Y., Shinohara Y., Yoneda Y., Tsujimoto Y. Essential role of voltage-dependent anion channel in various forms of apoptosis in mammalian cells. //J. Cell Biol. -2001. -V.152. -P.237-250.

91. Schneider A., Marechal-Drouard L. Mitochondrial tRNA import: are there distinctmechanisms? //Trends Cell Biol. -2000. V.10. -P.509-513.

92. Schuster W., Brennicke A. Plastid, nuclear and reverse transcriptase sequences inthe mitochondrial genome of Oenothera: Is genetic information transferredbetween organelles via RNA? // EMBO J. 1987. - V.6. - P.2857-2863.

93. Schuster W., Brennicke A. Plastid DNA in the mitochondrial genome of

94. Oenothera', intra- and interorganellar rearrangments involving part of theribosomal cistron. // Mol. Cell Genet. 1987a. - V.210. - P.44-51.

95. Schuster W., Brennicke A. Interorganellar sequence transfer: plant mitochondrial

96. DNA is nuclear, is plastid, is mitochondrial. // Plant Science. — 1988. — V.54.1. P.l-10.

97. Schuster W., Hiesel R., Wissenger B., Brennicke A. RNA editing in the cytochrome b locus of the higher plant Oenothera berteriana includes a U-to- C transition. // Mol. Cell Biol. 1990. - V.10. - P.2428-2431.

98. Schuster W., Kloska S., Brennicke A. An adenine nucleotide translocator gene from Arabidopsis thaliana. // Biochim. Biophys. Acta. 1993. - V.l 172. - P.205-208.

99. Schuster W., Brennicke A. The plant mitochondrial genome: physical structure,information content, RNA editing, and gene migration to the nucleus. // Annu.

100. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 1994. - V.45. - P.61-78.

101. Schieber G., O'Brien T.W. Site of synthesis of the proteins of mammalianribosomes. // J. Biol. Chem. 1985. - V.260. - P.6367-6372.

102. Sederoff R.R., Ronald P., Bedinger P., Rivin C., Walbot V., Bland M., Levings III

103. C.S. Maize mitochondrial plasmid SI sequences share homology with chloroplastgenepsbA. II Genetics. 1986. - V.l 13. - P.469-482.

104. Shikanai T., Yang Z.-Q., Yamada Y. Nucleotide sequence and molecular characterization of plasmid-like DNAs from mitochondria of cytoplasmic malesterile rice. // Curr. Genet. 1989. - V.l5. - P.349-354.

105. Skeijanc I. Mitochondrial import: properties of precursor proteins. // Biochem. Cell. Biol. -1990. V.68. - P.9-16.

106. Smith A., Chourey P., Pring D. Replication and amplification of the small mitochondrial DNAs in a cell suspension of Black Mexican Sweet maize. // Plant Mol. Biol. 1987. - V.10. -P.83-90.

107. Smith A.G., Pring D.R. Nucleotide sequence and molecular characterization of a maize mitochondrial plasmid-like DNA. // Curr. Genet. 1987. - V.12. - P.617-623.

108. Spark S., Dale R.M.K. Characterization of 3H-labeled supercoiled mitochondrial DNA from tobacco suspension culture cells. // Mol. Gen. Genet. — 1980. V.180. -P.351-355.

109. Sper-Whitis G.L., Moody J.L., Vaughn J.C. Universality of mitochondrial RNA editing in cytochrome-c oxidase subunit I (coxl) among the land plants. // Biochim. Biophys. Acta. 1996. - V. 1307.- P.301-308.

110. Szabo I., Bathori G., Tombola F., Coppola A., Schmehl I., Brini M., Ghazi A., De Pinto V., Zoratti M. Double-stranded DNA can be translocated across a planar membrane containing purified mitochondrial porin. // FASEB J. 1998. - V.12. -P.495-502.

111. Tamanoi F., Stillman R.W. Function of adenovirus terminal protein in the initiation of DNA replication. // Proc. Natl. Acad. Sei. USA. 1982. - V.79. -P.2221-2225.

112. Timmis J.N., Scott N.S. Movement of genetic information between the chloroplast and nucleus. In: Genetic flux in plants (Hohn B., Dennis E.S. (eds.)) N.-Y.: Spriger-Verlag. - 1985.-P.61-78.

113. Thorsness P.E., Weber E.R. Escape and migration of nucleic acids between chloroplasts, mitochondria, and nucleus. // Int. Rev. Cytol. 1996. - V.165. -P.207-234.

114. Tudzinsci P. DNA plasmids in eukariots with emphasis on mitochondria. // Progress in Botany. 1982. - V.44. - P.297-307.

115. Unseld M., Marienfeld J.R., Brandt P., Brennicke A. The mitochondrial genome of Arabidopsis thaliana contains 57 genes in 366,924 nucleotides. // Nat. Genet. — 1997. V. 15. - P.57-61.

116. Vieira H.L., Haouzi D., El Hamel C., Jacotot E., Belzacq A.S., Brenner C., Kroemer G. Permeabilization of the mitochondrial inner membrane during apoptosis: impact of the adenine nucleotide translocator. // Cell Death Differ. — 2000.-V.7.-P.1146-1154.

117. Wahleithner J.A., Wolstenholme D.R. Origin and direction of replication in mitochondrial plasmid DNAs of broad bean, Vicia faba. II Curr Genet. 1988. — V.14. -P.163-170.

118. Ward B.L., Anderson R.S., Bendich A.J. The size of the mitochondrial genome is large and variable in the famile of plants (Cucurbitaceae). // Cell. 1981. — V.25. -P.793-803.

119. Weil J.-H., Dietrich A., Marechal-Drouard L. // Abstracts of 15th international tRNA workshop. Cap D'Agde. 1993. - P. 10.

120. Weissinger A.K., Timothy D.H., Levings III C.S., Goodman M.M. Patterns of mitochondrial DNA variation in indigenous maize races of Latin America. // Genetics. 1983. - V.104. - P.365-379.

121. Wilson A J., Lloyd R.E., Ragland C.K., Chourey P.S., Chase C.D. Unique properties of a 1,36 kb circular DNA associated with Sorghum mitochondria. I I Plant Science. 1989. - V.61. - P.81 -90.

122. Wilson J.E. Homologous and heterologous interactions between hexokinase and mitochondrial porin: evolutionary implications. // J. Bioenerg. Biomembr. — 1997. V.29. -P.97-102.

123. Winning B.M., Day C.D., Sarah C.J., Leaver C.J. Nucleotide sequence of two cDNAs encoding the adenine nucleotide translocator from Zea mays L. I I Plant Mol. Biol. 1991. - V.l7. - P.305-307.

124. Yeremovsky-Kammerer A.E., Hajduk S.L. In vitro import of a nuclear encoded tRNA into the mitochondrion of Trypanosoma brucei. II Mol. Cell Biol. 1999. — V.19. -P.6253-6259.

125. Zabala G., Orrien-Vedder C., Walbot V. S2 episome of maize mitochondria encodes a 130-kilodalton protein found in male sterile and fertile plants. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1987. - V.84. -P.7861-7865.

126. Zabala G., Walbot V. An SI episomal gene of maize mitochondria is expressed in male sterile and fertile plants of the s-type cytoplasm. // Mol. Gen. Genet. 1988. -V.211.-P.3 86-392.

127. Zamzami N., Kroemer G. The mitochondrion in apoptosis: how Pandora's box opens. // Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2001. - V.2. - P.67-71.

128. Zazueta C., Sosa-Torres M.E., Correa F., Garza-Ortiz A. Inhibitory properties of Ruthenium amine complexes on mitochondrial calcium uptake. // J. Bioenerg. Biomembr. 1999. - V.31. - P.551-557.

129. Ziaie Z., Suyama Y. The cytochrome oxidase subunit I gene of Tetrahymena : a 57 aminoacid NH2-terminal extention and a 108 amino acid insert. // Curr. Genet.- 1987. V.12.-P.358-368.

130. Zizi M., Forte M., Blachly-Dyson E., Colombini M. NADH regulates the gating of VDAC, the mitochondrial outer membrane channel. // J Biol Chem. 1994. -V.269. - P. 1614-1616.

131. Zhang M., Brown G.G. Structure of the maize mitochondrial replicon RNA b and its relationship with other autonomously replicating RNA species. // J. Mol. Biol.- 1993. V.230. - P.757-765.

132. Zoratti M., Szabo I. The mitochondrial permeability transition. // Biochim. Biophys. Acta. 1995. - V.1241. - P.139-176.

133. Zorov D.B. Mitochondrial damage as a source of diseases and aging: a strategy of how to fight these. // Biochim. Biophys. Acta. 1996. - V. 1275. - P. 10-15.