Η παρούσα διπλωματική εργασία επικεντρώνεται στη χαρτογράφηση των μιτοχονδριακών δυσλειτουργιών με χρήση εργαλείων βιοπληροφορικής, αναδεικνύοντας τη σημασία των μιτοχονδρίων στη φυσιολογική κυτταρική λειτουργία και την παθογένεση διαφόρων νοσημάτων.

Τα μιτοχόνδρια, πέρα από τον πρωταρχικό τους ρόλο στην παραγωγή ενέργειας μέσω της οξειδωτικής φωσφορυλίωσης, συμμετέχουν σε κρίσιμες κυτταρικές διεργασίες όπως ο μεταβολισμός, ο κυτταρικός κύκλος ζωής και η διαχείριση του οξειδωτικού στρες. Η ανάλυση του μιτοχονδριακού DNA και η χρήση σύγχρονων εργαλείων επιτρέπουν τη χαρτογράφηση των γενετικών μεταβολών που σχετίζονται με τη μιτοχονδριακή δυσλειτουργία, προσφέροντας νέες προοπτικές στη διάγνωση και τη θεραπεία νοσημάτων όπως ο καρκίνος, η νόσος Alzheimer και η αμυοτροφική πλευρική σκλήρυνση.

Παρουσιάζονται προηγμένα εργαλεία βιοπληροφορικής, όπως τα MITOMASTER, MSeqDR MvTool και MitoSeek, καθώς και βάσεις δεδομένων, όπως οι PhyloTree, ClinVar και OMIM, που διευκολύνουν την ανάλυση και ερμηνεία γενετικών μεταλλάξεων. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στη χρήση υπολογιστικών μοντέλων και αλγορίθμων για την πρόβλεψη παθογόνων μεταλλάξεων και την ανίχνευση μοριακών μηχανισμών δυσλειτουργίας, όπως τα MitImpact 3D, Mitopore και mtDNA-Server 2.

Επιπλέον, αναλύονται βιοδείκτες μιτοχονδριακής δυσλειτουργίας, όπως ο δείκτης οξειδωτικής φωσφορυλίωσης, ο αριθμός αντιγράφων μιτοχονδριακού DNA, το γαλακτικό οξύ, η κρεατίνη και οι αυξητικοί παράγοντες, οι οποίοι ανιχνεύονται στο αίμα, το πλάσμα και το μιτοχονδριακό DNA, προσφέροντας πολύτιμες πληροφορίες για την πρώιμη διάγνωση και την ανάπτυξη εξατομικευμένων θεραπευτικών προσεγγίσεων. Επίσης παρουσιάζονται μη στοχευμένες προσεγγίσεις, όπως τα MicroRNA και οι ομικές τεχνολογίες. Συγκρίνονται διαφορετικές κατηγορίες βιοδεικτών και αξιολογείται η κλινική τους σημασία.

Ο συνοδευτικός ιστότοπος δημιουργήθηκε για να παρέχει συνοπτικές πληροφορίες για το αντικείμενο της εργασίας. Στόχος είναι η ενημέρωση των χρηστών συνοπτικά σε απλή γλώσσα και η ανάπτυξη διαδικτυακής εργαλειοθήκης βιοπληροφορικής για τους ερευνητές.​

Η μελέτη καταδεικνύει τον κρίσιμο ρόλο της βιοπληροφορικής στη διερεύνηση των μιτοχονδριακών δυσλειτουργιών, συμβάλλοντας στην καλύτερη κατανόηση των παθογενετικών μηχανισμών και ανοίγοντας νέες προοπτικές για την εξατομικευμένη ιατρική και τις στοχευμένες θεραπείες.

This thesis focuses on mapping mitochondrial dysfunctions using bioinformatics tools, highlighting the importance of mitochondria in normal cellular function and the pathogenesis of various diseases.

Mitochondria, in addition to their primary role in energy production through oxidative phosphorylation, participate in critical cellular processes such as metabolism, cell life cycle and oxidative stress management. The analysis of mitochondrial DNA and the use of modern tools allow the mapping of genetic alterations associated with mitochondrial dysfunction, offering new perspectives in the diagnosis and treatment of diseases such as cancer, Alzheimer's disease and amyotrophic lateral sclerosis.

Advanced bioinformatics tools, such as MITOMASTER, MSeqDR MvTool and MitoSeek, as well as databases, such as PhyloTree, ClinVar and OMIM, are presented, which facilitate the analysis and interpretation of genetic mutations. Particular emphasis is given to the use of computational models and algorithms for the prediction of pathogenic mutations and the detection of molecular mechanisms of dysfunction, such as MitImpact 3D, Mitopore and mtDNA-Server 2. In addition, biomarkers of mitochondrial dysfunction, such as the oxidative phosphorylation index, mitochondrial DNA copy number, lactic acid, creatine and growth factors, which are detected in blood, plasma and mitochondrial DNA, are analyzed, offering valuable information for early diagnosis and the development of personalized therapeutic approaches. Non-targeted approaches, such as MicroRNAs and omic technologies, are also presented. Different classes of biomarkers are compared and their clinical relevance is assessed.

The accompanying website was created to provide concise information on the subject of the work. The aim is to inform users concisely in plain language and to develop an online bioinformatics toolkit for researchers.

The study demonstrates the crucial role of bioinformatics in the investigation of mitochondrial dysfunctions, contributing to a better understanding of pathogenetic mechanisms and opening new perspectives for personalized medicine and targeted therapies.