MITOKONDRIAALINEN PERINTÖ: SOVELLUKSET, PATOLOGIAT, EHKÄISY - BIOLOGIA - 2026

Mitokondrioiden perintö on siirto mitokondrion DNA: ta organellin nimeltään "mitokondrioita" ja tapahtuu vanhemmalta hänen jälkeläisilleen. Perintö tapahtuu tyypillisesti vain äidin mitokondrioilta, "matrilineaalisella" tavalla.

Shiyu Luo ja hänen kollegansa julkaisivat kuitenkin tammikuussa 2019 artikkelin, jossa he löysivät todisteita siitä, että mitokondriaalinen DNA voidaan harvoin periä molemmilta vanhemmilta.

Mendelialaiset perintökuviot vs. mitokondriaaliset perintökuviot (Lähde: BQmUB2011167 Wikimedia Commonsin kautta)

Suurin osa eukaryoottisolujen geneettisestä materiaalista löytyy solun ytimestä. Pieni osa DNA: ta löytyy kuitenkin mitokondrioiden sisäpuolelta.

Tämän organellin sisällä oleva geenimateriaali tunnetaan mitokondriaalisena DNA: na, joka on järjestetty ympyrämäiseen kromosomiin, joka nisäkkäillä on välillä 16 000 - 16 800 emäsparia.

Mitokondriaalisen DNA: n mutaatioiden on havaittu aiheuttavan vakavia sairauksia yksilöillä ja useimmissa tapauksissa taudit periytyvät vain äidiltä lapselle, kun äidin mitokondrioissa on mutaatioita DNA: ssa.

Jälkeläisten kaikki mitokondriat ovat peräisin pienestä ryhmästä mitokondrioita, jotka ovat munasolussa, kun tsygootin muodostumishetki tapahtuu (munasolun ja siittiöiden fuusio), siksi useimmissa tapauksissa sikiön mitokondriat ovat vain periytyviä. hänen äidiltään.

Sukusolujen fuusio ja mitokondrioiden siirtyminen

Munasarjojen (naispuolisten sukusolujen) hedelmöityksen yhteydessä siittiö tai miespuolinen sukusolu osallistuu muutamiin mitokondrioihin kehittyvässä alkiossa.

Tämä vaikutus tapahtuu siemennesteen kosketushetkellä munasolun plasmamembraaniin, koska molemmat membraanit sulautuvat ja siittiöt menevät munasolun sytoplasmaan tyhjentäen sen sisäisen sisällön siellä.

Suurimmassa osassa eläinkunnan taksoja on "taipumus" perinnölle mitokondrioiden ja mitokondriaalisen DNA: n kloonaisessa tai yksipuolisessa muodossa (melkein aina äiteihin nähden). Joissakin eläinperheissä siemennesteiden välittämät isän mitokondriat ovat tuhoamismekanismeja.

Nisäkkäiden munasolussa on satoja mitokondrioita, jotka edustavat noin 1/3 näiden sukupuolisolujen kokonais-DNA: sta; kun taas siittiöissä on vain muutama välikappale flagellumin ja pään välillä.

Ihmisen munissa on yli 100 000 kopiota mitokondriaalista DNA: ta; tällä välin siittiöissä on vain noin 100, mutta määrä vaihtelee kyseisistä lajeista riippuen.

Tämä tekee selväksi, että valtaosa jälkeläisten solujen mitokondrioista on äidin välityksellä. Siksi, jos munasolujen mitokondrioissa esiintyy haitallisia tai vahingollisia mutaatioita, nämä mutaatiot siirtyvät jälkeläisilleen.

Kaksipäiväinen perintö

Tutkija Hutchinson, vuonna 1974, oli yksi ensimmäisistä, joka vakuutti, että mitokondrioiden perintö tapahtui tiukasti äidillisellä (matrilinealisella) tavalla. 1900-luvun alkupuolella White ja kollegat kuitenkin havaitsivat, että joillakin simpukoilla mitokondrioiden perintö ei ollut tiukasti äitiä.

Myöhemmin, vuonna 2008, tämä simpukoiden havainto nimettiin "heteroplasmian" tyypiksi, joka viittaa mitokondrioiden ja isän mitokondriaalisen DNA: n "vuotamiseen" jälkeläisiin.

Monissa muissa havainnoissa tunnistettiin isän mitokondrioiden ja mitokondriaalisen DNA: n esiintyminen simpukoissa luonnollisina.

Shiyu Luo ja hänen kollegansa tunnistivat kolme ihmistä kolmesta ihmisperheestä, joilla oli epätavallinen mitokondriaalinen DNA-heteroplasmia. Näitä heteroplasmia ei voitu selittää äidin mitokondriaalisen DNA: n laskeutumisella, joten nämä kirjoittajat suorittivat seuraavan sukupolven sekvensoinnin kolmen ihmisen vanhempien ja molempien isovanhempien mitokondrio-DNA: lle.

Tällä tavalla epätavallinen heteroplasmia tunnistettiin tuotteena mitokondriaalisen DNA: n vaikutuksesta molemmilta isovanhemmilta, isoäitiltä ja isoisältä. Lisäksi kirjoittajat tunnistivat kaksi muuta toisiinsa liittymätöntä perhettä, joilla oli biparentiaalinen mitokondrioiden leviäminen.

Tämä tutkimus oli ensimmäinen raportti mitokondrioiden perinnöstä biparentiaalisella tavalla ihmisillä.

Luo et al. Ehdota, että isän mitokondrioiden DNA: n siirtämisestä johtuva heteroplasmia jää väliin diagnooseissa, kun se ei aiheuta mitään tautia sitä kantavilla henkilöillä.

Sovellukset

Tohtori John C. Avise otti vuonna 1979 käyttöön mitokondrio-DNA: n populaatiogeneettisissä, fylogeenisissä ja evoluutio-tutkimuksissa, ja tämä on nykyään yksi tehokkaimmista työkaluista kaikkien väestögenetiikan tutkimiseksi. elävät olennot.

Jäljittämällä ihmisen mitokondriaalisen DNA: n sukututkimus, on tehty valtava määrä geneettisiä tutkimuksia ihmiskunnan alkuperän määrittämiseksi.

Jopa äidin mitokondriaalisen DNA: n perusteella on määritetty, että kaikki maailman ihmiset voidaan luokitella noin 40 erilaiseen mitokondrioiden haplotyyppiryhmään, jotka liittyvät läheisesti maailman eri maantieteellisiin alueisiin.

Monet kaupalliset talot, kuten "Oxford Ancestor", tarjoavat jäljittää ihmisten kaikki esi-isät mitokondriaalisen DNA: n perinnöllä.

Oxford Ancestorin perustaja Bryan Sykes käytti mitokondriaalista DNA: ta luokittelemaan kaikki eurooppalaiset klaaniksi, jotka "Eeva-seitsemän tytärtä" perustivat. Tämä on Sykesin otsikko kirjalle, jonka hän kirjoitti yrittäen jäljittää kaikkien eurooppalaisten alkuperä.

Bryan Sykes seuraa kirjassaan kaikkien Euroopan kansalaisten mitokondriaalista perintöä sekvensoimalla tuhansien ihmisten mitokondrio-DNA: ta, joka määrittelee kaikkien eurooppalaisten alkuperän seitsemässä naisessa, jotka olivat olemassa ennen viimeistä jääkautta, 45 000 vuotta sitten.

Patologiat ja ehkäisy

Haitalliset mutaatiot mitokondrio-DNA-geeneissä aiheuttavat useita sairauksia systeemisellä tasolla. Nämä mutaatiot voivat välittyä mitokondrioperinnöllä äidin ja harvoin isän kautta.

Mitokondriaalisen DNA: n mutaatio voi aiheuttaa ongelmia soluhengitykseen osallistuvien entsyymien puuttumisen tai vaurioitumisen vuoksi. Tämä vaurio johtaa solujen ATP-tarjonnan vähenemiseen aiheuttaen kehon järjestelmien toimintahäiriöitä.

Kuitenkin monissa tapauksissa ihmiset perivät äideiltään erityyppisiä mitokondrioita, joista osa on toiminnallisia ja toiset puutteellisia; siksi funktionaalisilla geeneillä varustetut mitokondriat voivat kompensoida viallisten mitokondrioiden toimintahäiriöitä.

Tyyppi mitokondriaalisten patologioiden siirtymisestä «matrilineaalisen» reitin kautta (mitokondriaalinen perintö) (Lähde: ghr.nlm.nih.gov Wikimedia Commonsin kautta)

Tällä hetkellä tehdään tutkimusta solutuumien siirtämiseksi, jotta mitokondrioiden haitallisten mutaatioiden aiheuttamista sairauksista kärsivät naiset voivat saada terveitä lapsia.

Ydinytimien siirtomenetelmä sisältää solun ytimen erottamisen äidin munasolusta sairastuneilla mitokondrioilla ja sen sijoittamisen normaaleihin luovutettuihin munasoluihin, joista solutuuma on aiemmin uutettu.

Myöhemmin muna voidaan hedelmöittää spermalla potilaan kumppanilta in vitro. Tämä tekniikka on herättänyt kiistaa, koska hedelmöittyneillä sikiöillä olisi kolmen eri vanhemman DNA.

Viitteet

1. Adam, MP, Ardinger, HH, Pagon, RA, Wallace, SE, Bean, LJH, Stephens, K., & Amemiya, A. Mitokondriohäiriöiden yleiskatsaus - GeneReviews®.
2. Aiello, LB ja Chiatti, BD (2017). Peruste genetiikassa ja genomiikassa, artikkeli 4 - Perintökuviot. Hoitotyön biologinen tutkimus, 19 (4), 465-472.
3. Avise, JC, Giblin-Davidson, C., Laerm, J., Patton, JC, & Lansman, RA (1979). Mitokondrio-DNA-kloonit ja matriarkaalinen fylogeny taskugoferin Geomys pinetis maantieteellisissä populaatioissa ja niiden keskuudessa. Kansallisen tiedeakatemian julkaisut, 76 (12), 6694-6698.
4. Hadjivasiliou, Z., Lane, N., Seymour, RM, ja Pomiankowski, A. (2013). Mitokondriaalisen perimän dynamiikka binaaristen pariutumistyyppien ja kahden sukupuolen evoluutiossa. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 280 (1769), 20131920.
5. HUTCHISON III, Kalifornia, Newbold, JE, Potter, SS, & Edgell, MH (1974). Äidin perinnöllisyys nisäkkäiden mitokondriaalisen DNA: n kanssa. Nature, 251 (5475), 536.
6. McWilliams, TG, ja Suomalainen, A. (2019). Isän mitokondrioiden kohtalo. Nature, 565 (7739), 296 - 297.
7. Sutovsky, P. (2019). Mitokondrioiden perimän solu- ja molekyylipohjat. Springer.