Mitochondrial dynamics in health and disease: mechanisms and potential targets

Abstract

Mitochondria are organelles that are able to adjust and respond to different stressors and metabolic needs within a cell, showcasing their plasticity and dynamic nature. These abilities allow them to effectively coordinate various cellular functions. Mitochondrial dynamics refers to the changing process of fission, fusion, mitophagy and transport, which is crucial for optimal function in signal transduction and metabolism. An imbalance in mitochondrial dynamics can disrupt mitochondrial function, leading to abnormal cellular fate, and a range of diseases, including neurodegenerative disorders, metabolic diseases, cardiovascular diseases and cancers. Herein, we review the mechanism of mitochondrial dynamics, and its impacts on cellular function. We also delve into the changes that occur in mitochondrial dynamics during health and disease, and offer novel perspectives on how to target the modulation of mitochondrial dynamics.

Activation of the mitochondrial unfolded protein response regulates the formation of stress granules

“…The disruption of mitochondrial homeostasis is associated with several pathologies, such as neurodegeneration, cancer, aging, and cardiovascular diseases (Chen et al, 2023; Norat et al, 2020; Quirós et al, 2016; Suomalainen and Battersby, 2018). The UPRmt is an evolutionarily conserved homeostatic pathway engaged upon a wide range of mitochondrial insults, including mitochondrial protein misfolding (Zhao et al, 2002), reduced mitochondrial protein import efficiency (Nargund et al, 2012), dissipation of mitochondrial membrane potential (Donehower et al, 2019), and dysregulated levels of reactive oxygen species (ROS) (Wang et al, 2022b).…”

BHI und andere mitochondriale Parameter zur Diagnostik von mitochondrialen Dysfunktionen

“…Mitochondrien sind Zellorganellen, die hauptsächlich die Aufgabe der ATP-Produktion übernehmen, jedoch auch bei vielen Stoffwechselvorgängen eine wichtige Rolle spielen 1 , 2 . Sie bestehen aus der inneren und der äußeren Mitochondrienmembran, dabei grenzt die äußere Membran das Mitochondrium vom Zellplasma ab.…”

“…Es kommt zu oxidativen Schäden an Proteinen, der mitochondrialen DNA und den Membranlipiden, wodurch die Funktion der an der Elektronenübertragung beteiligten Enzyme eingeschränkt wird. Dies beeinträchtigt auch die Energiegewinnung im Rahmen der Atmungskette – eine mitochondriale Dysfunktion ist die Folge 2 .…”

“…Durch oxidativen Stress kann es außerdem zu einer erhöhten Permeabilität der äußeren Mitochondrienmembran kommen, was eine Freisetzung von Cytochrom C aus dem Intermembranraum ins Cytosol bedingen kann 2 . Cytochrom C aktiviert Caspasen, die die Apoptose initiieren und zum Absterben der Zelle führen 2 .…”

“…Weitere Auslöser können Infektionen, Autoimmunerkrankungen, eine hormonelle Dysregulation sowie ein erhöhter Kalziumspiegel sein. Auch Störungen in der Neubildung von Mitochondrien (Biogenese) können zu einer unzureichenden Anzahl oder Funktionalität von Mitochondrien führen 2 .…”