MITOKONDRIÁLIS ÖRÖKLŐDÉS: ALKALMAZÁSOK, PATOLÓGIÁK, MEGELŐZÉSEK - BIOLÓGIA - 2026

A mitokondriális öröklés a mitokondriális DNS átvitelét a mitokondriumoknak nevezett organellén keresztül, és a szülőktől leszármazottaiig történik. Az öröklés általában csak az anyai mitokondriumokból származik, "matrilineális" módon.

Shiyu Luo és munkatársai 2019. januárjában azonban egy cikket tettek közzé, amelyben bizonyítékokat találtak arra, hogy ritka esetekben a mitokondriális DNS örökölhető mindkét szülőtől.

Mendeli öröklési minták és mitokondriális öröklési minták (Forrás: BQmUB2011167, a Wikimedia Commons segítségével)

Az eukarióta sejtek genetikai anyagának nagy része a sejtmagban található. A DNS egy kis része azonban megtalálható a mitokondriumokban.

Az ebben a szervben levő genetikai anyag mitokondriális DNS néven ismert, amely egy kör alakú kromoszómában van elrendezve, amely emlősökben 16 000–16 800 bázispár.

A mitokondriális DNS mutációiból megfigyelték, hogy az egyénekben súlyos betegségeket okoznak, és a legtöbb esetben a betegségeket csak anyától gyermekekre öröklik, amikor az anyai mitokondriumoknak mutációja van a DNS-ben.

Az leszármazottak összes mitokondriuma a petesejtben lévő mitokondriumok egy kis csoportjából származik, amikor a zigóta kialakulásának pillanatát megtörténik (petesejt és sperma fúziója), ezért a legtöbb esetben a magzat mitokondriumai csak öröklődnek. az anyjától.

A ivarsejtek fúziója és a mitokondriumok átvitele

A petesejt (női ivarsejt) megtermékenyülésekor a sperma vagy a hím ivarsejtek néhány mitokondriumot járulnak hozzá a fejlődő embrióhoz.

Ez a hozzájárulás abban a pillanatban következik be, amikor a sperma érintkezik a petesejt plazmamembránjával, mivel mindkét membrán megolvad és a sperma belép a petesejt citoplazmájába, ürítve ott belső tartalmát.

Az állatvilág legtöbb taxonjában "hajlamos" az öröklés a mitokondriumok és a mitokondriális DNS klónos vagy egyszemélyes formájában (szinte mindig az anyákkal szemben). Az állatok néhány családjában megsemmisítési mechanizmusok vannak az apai mitokondriumok számára, amelyeket a spermiumok terjesztnek.

Az emlősök petesejtjeiben több száz mitokondrium található, amelyek ezeknek a nemi sejteknek a teljes DNS-jének körülbelül 1/3-át teszik ki; míg a sperma csak kevés van egy köztes régióban a flagellum és a fej között.

Az emberi tojások több mint 100 000 példányban tartalmaznak mitokondriális DNS-t; Időközben a sperma csak kb. 100-at tartalmaz, de az mennyiség a szóban forgó fajtól függően változik.

Ez egyértelművé teszi, hogy a leszármazottak sejtjeiben a mitokondriumok túlnyomó része anyai terjedésű. Ezért ha a petesejtek mitokondriumai káros vagy ártalmas mutációkat mutatnak, akkor ezek a mutációk átjutnak leszármazottaikra.

Kétoldalú öröklés

Hutchinson tudós 1974-ben volt az első, aki kijelentette, hogy a mitokondriumok öröklődése szigorúan anyai (matrilinealis) módon történt. A 20. század elején azonban White és munkatársai megfigyelték, hogy néhány kagylóban a mitokondriális örökség nem volt szigorúan anyai.

Később, 2008-ban, a kagylóban ezt a megfigyelést "heteroplazmia" típusnak nevezték, amely a mitokondriumok és az apai mitokondriális DNS "szivárgására" utódokra utal.

Sokkal több megfigyelés szerint az apai mitokondriumok és a mitokondriális DNS jelenléte a kagylóban természetesnek bizonyult.

Shiyu Luo és munkatársai három emberi családból három embert azonosítottak szokatlan mitokondriális DNS heteroplazmiával. Ezek a heteroplazmiák nem magyarázhatók az anyai mitokondriális DNS leszármazásával, tehát ezek a szerzők a következő három generáció szekvenálását végezték el a mitokondriális DNS mindkét szülő és mindkét nagyszülő esetében.

Ily módon a szokatlan heteroplazmiát a mitokondriális DNS hozzájárulásának termékeként azonosították mindkét nagyszülő, a nagymama és a nagyapa között. Ezenkívül a szerzők további két, egymással nem összefüggő családot azonosítottak, amelyek biparentális mitokondriális transzmissziót mutattak.

Ez a kutatás volt az első jelentés a mitokondriális öröklésről biparentális módon az emberekben.

Luo és munkatársai javasolják, hogy az apai mitokondriális DNS-átvitel miatt bekövetkező heteroplazmiát kihagyják a diagnózisokban, amikor az nem hordoz betegséget az azt hordozó egyénekben.

Alkalmazások

A mitokondriális DNS-t a populációgenetika, a filogenezis és az evolúciós vizsgálatok során vezette be Dr. John C. Avise 1979-ben, és ma ez az egyik legerősebb eszköz a népesség genetikájának tanulmányozására élőlények.

Az emberi mitokondriális DNS genealógiájának felkutatásával óriási mennyiségű genetikai vizsgálatot végeztek az emberiség eredetének pontos meghatározására.

Még az anyai mitokondriális DNS alapján megállapították, hogy a világ minden emberét a mitokondriális haplotípusok mintegy 40 különféle csoportjába lehet sorolni, szorosan összekapcsolódva a világ különböző földrajzi területeivel.

Sok kereskedelmi ház, mint például az "Oxford Ancestor", a mitokondriális DNS öröklésével felkutatja az emberek minden őseit.

Az Oxford Ancestor alapítója, Bryan Sykes a mitokondriális DNS-t használta az európaiak klánokba sorolására, amelyeket az "Eve hét lánya" alapított. Ez a Sykes címe egy olyan könyvnek, amelyet az összes európainak eredetének nyomon követése céljából írt.

Bryan Sykes könyvében követi az összes európai polgár mitokondriális örökségét az emberek ezreinek mitokondriális DNS-jének szekvenálásával, és az európaiak származását hét nőben határozza meg, akik az utolsó jégkorszak előtt, 45 000 évvel ezelőtt léteztek.

Patológiák és megelőzések

A mitokondriális DNS-gének káros mutációi több betegséget okoznak szisztémás szinten. Ezek a mutációk a mitokondriális öröklés útján átvihetők az anya és ritkán az apa útján.

A mitokondriális DNS mutációja problémákat okozhat a celluláris légzésben részt vevő enzimek hiánya vagy károsodása miatt. Ez a károsodás a sejtek ATP-ellátásának csökkenéséhez vezet, ami a szervezet rendszereinek hibás működését okozza.

Az emberek azonban sok esetben különféle típusú mitokondriumokat örökölnek anyáiktól, némelyikük funkcionális és mások hibás; ezért a funkcionális génekkel rendelkező mitokondriumok kompenzálhatják a hibás mitokondriumok hibás működését.

A mitokondriális patológiák „matrilineális” úton történő átvitelének formája (mitokondriális öröklés) (Forrás: ghr.nlm.nih.gov a Wikimedia Commons-n keresztül)

Jelenleg kutatásokat végeznek a sejtmagok átvitelére, amelyek lehetővé teszik a mitokondriumok káros mutációinak okozta betegségekben szenvedő nők számára, hogy egészséges gyermeket szüljenek.

A magok átvitelének módja az, hogy a sejtmagot az anyatej peteéből extraháljuk az érintett mitokondriumokkal, és beillesztjük normál adományozott petesejtekbe, amelyekből a sejtmagot korábban kivonták.

Ezt követően a tojás megtermékenyíthető in vitro spermával a beteg partnerétől. Ez a technika vitát váltott ki, mivel a fogant magzatok három különböző szülő DNS-ével rendelkeznének.

Irodalom

1. Adam, MP, Ardinger, HH, Pagon, RA, Wallace, SE, Bean, LJH, Stephens, K., & Amemiya, A. Mitokondriális rendellenességek áttekintése - GeneReviews®.
2. Aiello, LB és Chiatti, BD (2017). A genetika és a genomika alapja, 4. cikk - Öröklési minták. Ápolási biológiai kutatás, 19 (4), 465-472.
3. Avise, JC, Giblin-Davidson, C., Laerm, J., Patton, JC, és Lansman, RA (1979). Mitokondriális DNS-klónok és matriarchális filogenezis a Geomys pinetis zsebgopher és a földrajzi populációk között. A Nemzeti Tudományos Akadémia folyóiratai, 76 (12), 6694-6698.
4. Hadjivasiliou, Z., Lane, N., Seymour, RM, és Pomiankowski, A. (2013). A mitokondriális öröklés dinamikája a bináris párzási típusok és a két nem evolúciójában. B Királyi Társaság kiadványai: Biológiai tudományok, 280 (1769), 20131920.
5. HUTCHISON III, Kalifornia, Newbold, JE, Potter, SS és Edgell, MH (1974). Az emlős mitokondriális DNS anyai öröklődése. Nature, 251 (5475), 536.
6. McWilliams, TG és Suomalainen, A. (2019). Apja mitokondriumainak sorsa. Nature, 565 (7739), 296-297.
7. Sutovsky, P. (2019). A mitokondriális öröklés sejtes és molekuláris alapjai. Springer.