MITOCHONDRIJŲ PAVELDIMUMAS: TAIKYMO BŪDAI, PATOLOGIJOS, PREVENCIJA - BIOLOGIJA - 2025

Mitochondrijų paveldėjimas yra mitochondrijų DNR perdavimo per Organelės vadinamas "mitochondrijos" ir atsiranda iš tėvų jo palikuonių. Paprastai paveldimumas atsiranda tik iš motinos mitochondrijų, „matrilineal“ būdu.

Tačiau Shiyu Luo ir kolegos 2019 m. Sausio mėn. Paskelbė straipsnį, kuriame rado įrodymų, kad retais atvejais mitochondrijų DNR gali būti paveldimos iš abiejų tėvų.

Mendelio paveldėjimo modeliai ir mitochondrijų paveldėjimo modeliai (šaltinis: BQmUB2011167 per „Wikimedia Commons“)

Didžioji dalis eukariotų ląstelių genetinės medžiagos yra ląstelės branduolyje. Tačiau mitochondrijose randama nedidelė DNR dalis.

Šio organelio viduje esanti genetinė medžiaga yra žinoma kaip mitochondrinė DNR, organizuota apskritoje chromosomoje, kurios žinduoliuose yra nuo 16 000 iki 16 800 bazinių porų.

Pastebėta, kad mitochondrijų DNR mutacijos sukelia sunkias asmenų ligas ir daugeliu atvejų šios ligos paveldimos tik iš motinos vaikui, kai motinos mitochondrijose yra mutacijų jų DNR.

Visos palikuonių mitochondrijos yra iš nedidelės mitochondrijų grupės, esančios kiaušialąstelėje, kai įvyksta zigotos formavimasis (kiaušialąstės ir spermos susiliejimas), todėl dažniausiai vaisiaus mitochondrijos yra paveldimos. iš jo motinos.

Gametos susiliejimas ir mitochondrijų pernešimas

Kiaušialąstės apvaisinimo metu (moteriškoji gameta) spermatozoidas ar vyriškoji gameta prisideda prie kelių besivystančių embrionų mitochondrijų.

Šis indėlis įvyksta tuo metu, kai sperma liečiasi su kiaušialąstės plazmine membrana, nes abi membranos sulimpa, o spermatozoidai patenka į kiaušialąstės citoplazmą, ištuštindami joje savo vidinį turinį.

Daugelyje gyvūnų karalystės taksų yra „polinkis“ į paveldėjimą klonine ar vienkartine mitochondrijų ir mitochondrijų DNR forma (beveik visada motinų atžvilgiu). Kai kuriose gyvūnų šeimose yra tėvo mitochondrijų, kurias perduoda spermos ląstelės, sunaikinimo mechanizmai.

Žinduolių kiaušialąstėje yra šimtai mitochondrijų, kurios sudaro apie 1/3 visos DNR, kurią turi šios lytinės ląstelės; tuo tarpu spermatozoidų yra tik keli tarpiniame regione tarp žiedkočio ir galvos.

Žmogaus kiaušiniai turi daugiau nei 100 000 mitochondrijų DNR kopijų; Tuo tarpu spermatozoidų yra tik apie 100, tačiau jų kiekis skiriasi priklausomai nuo aptariamų rūšių.

Tai leidžia suprasti, kad didžioji dauguma palikuonių ląstelių mitochondrijų yra perduodamos motinai. Todėl, jei kiaušidžių mitochondrijose yra kenksmingų ar žalingų mutacijų, šios mutacijos bus perduotos jų palikuonims.

Biparentinis palikimas

Mokslininkas Hutchinsonas 1974 m. Vienas pirmųjų patvirtino, kad mitochondrijos paveldimos griežtai motinos (matrilinealiniu) būdu. Tačiau XX amžiaus pradžioje White'as ir jo kolegos pastebėjo, kad kai kuriose midijose mitochondrijų palikimas nebuvo griežtai motiniškas.

Vėliau, 2008 m., Šis stebėjimas midijose buvo priskiriamas „heteroplazmijos“ tipui, kuris nurodo mitochondrijų ir tėvo mitochondrijų DNR „nutekėjimą“ palikuonims.

Dar daugiau stebėjimų nustatė, kad tėvystės mitochondrijos ir mitochondrijų DNR midijose yra natūralios.

Shiyu Luo ir kolegos nustatė, kad trys žmonės iš trijų žmonių šeimų turi neįprastą mitochondrijų DNR heteroplazmą. Šios heteroplazmos negalėjo būti paaiškintos motinos mitochondrijų DNR nusileidimu, todėl šie autoriai sekė naujos kartos abiejų trijų žmonių tėvų ir abiejų senelių mitochondrijų DNR seką.

Tokiu būdu neįprasta heteroplazma buvo nustatyta kaip abiejų senelių, močiutės ir prosenelio mitochondrijų DNR indėlis. Be to, autoriai nustatė dar dvi nesusijusias šeimas, turinčias dvipusį mitochondrijų perdavimą.

Šis tyrimas buvo pirmoji ataskaita apie dvipusį mitochondrijų paveldėjimą žmonėms.

Luo ir kt. Siūlo, kad diagnozuojant būtų praleista heteroplazma dėl tėvo mitochondrijų DNR perdavimo, kai ji nekelia jokios ligos ją nešiojantiems asmenims.

Programos

Mitochondrijų DNR į populiacijos genetikos, filogenijos ir evoliucijos tyrimus buvo įtraukta 1979 m. Daktaro Johno C. Avise'o dėka, ir šiandien tai yra viena galingiausių visų gyventojų populiacijos genetikos tyrimo priemonių. gyvi sutvėrimai.

Atsekus žmogaus mitochondrijų DNR genealogiją, buvo atlikta daugybė genetinių tyrimų, siekiant nustatyti žmonijos kilmę.

Net remiantis motinos mitochondrijų DNR nustatyta, kad visus pasaulio žmones galima suskirstyti į maždaug 40 skirtingų mitochondrijų haplotipų grupių, glaudžiai susijusių su skirtingomis pasaulio geografinėmis sritimis.

Daugelis komercinių namų, tokių kaip „Oksfordo protėvis“, siūlo atsekti visus žmonių protėvius, naudojant mitochondrijų DNR paveldėjimą.

Oksfordo protėvio įkūrėjas Bryanas Sykesas panaudojo mitochondrijų DNR, kad visus europiečius suskirstytų į klanus, kuriuos įkūrė „Septynios Ievos dukros“. Tai vardas, kurį Sykesas paskyrė knygai, kurią jis parašė, siekdamas atsekti visų europiečių kilmę.

Savo knygoje Bryanas Sykesas seka visų Europos piliečių mitochondrijų palikimą, seka tūkstančių žmonių mitochondrijų DNR, nustatant visų europiečių kilmę septynioms moterims, kurios egzistavo prieš paskutinį ledynmetį, prieš 45 000 metų.

Patologijos ir prevencija

Kenksmingos mitochondrijų DNR genų mutacijos sukelia daugybę ligų sisteminiu lygiu. Šios mutacijos gali būti perduodamos mitochondrijų paveldėjimu per motiną ir, retai, tėvą.

Mitochondrijų DNR mutacija gali sukelti problemų dėl fermentų, dalyvaujančių ląstelių kvėpavime, nebuvimo ar pažeidimo. Dėl šios žalos sumažėja ląstelių ATP tiekimas, dėl ko organizmo sistemos sutrinka.

Tačiau daugeliu atvejų žmonės iš savo motinų paveldi įvairių tipų mitochondrijas, kai kurios funkcinės, o kitos - nepakankamos; todėl mitochondrijos su funkciniais genais gali kompensuoti netinkamų mitochondrijų veikimą.

Mitochondrijų patologijų perdavimo forma „matrilineal“ būdu (mitochondrijų paveldėjimas) (Šaltinis: ghr.nlm.nih.gov per Wikimedia Commons)

Šiuo metu yra tiriami ląstelių branduoliai, kurie leistų moterims, kenčiančioms nuo ligų, kurias sukelia kenksmingos mitochondrijų mutacijos, susilaukti sveikų vaikų.

Branduolių perkėlimo būdas susideda iš ląstelės branduolio ištraukimo iš motinos kiaušialąstės su paveikta mitochondrija ir įterpimo į normalias paaukotas kiaušialąstes, iš kurių ląstelės branduolys anksčiau buvo ekstrahuotas.

Vėliau kiaušialąstė gali būti apvaisinta sperma iš paciento partnerio in vitro. Šis metodas sukėlė nesutarimų, nes apsigimęs vaisius turėtų trijų skirtingų tėvų DNR.

Nuorodos

1. Adam, MP, Ardinger, HH, Pagon, RA, Wallace, SE, Bean, LJH, Stephens, K., & Amemiya, A. Mitochondrijos sutrikimų apžvalga - „GeneReviews®“.
2. „Aiello“, LB ir „Chiatti“, BD (2017). Genetikos ir genomikos pradmenys, 4 straipsnis - Paveldėjimo modeliai. Biologiniai slaugos tyrimai, 19 (4), 465–472.
3. Avise, JC, Giblin-Davidson, C., Laerm, J., Patton, JC, & Lansman, RA (1979). Mitochondrijų DNR klonai ir matriarchalinė filogenezė kišeninio žiogelio Geomys pinetis geografinėse populiacijose ir tarp jų. Nacionalinės mokslų akademijos leidiniai, 76 (12), 6694–6698.
4. Hadjivasiliou, Z., Lane, N., Seymour, RM, & Pomiankowski, A. (2013). Mitochondrijų paveldėjimo dinamika dvejetainių poravimosi tipų ir dviejų lyčių evoliucijoje. Karališkosios draugijos leidiniai B: Biologijos mokslai, 280 (1769), 20131920.
5. „HUTCHISON III“, Kalifornija, Newbold, JE, Poteris, SS ir Edgell, MH (1974). Motinos paveldimas žinduolių mitochondrijų DNR. „Nature“, 251 (5475), 536.
6. McWilliams, TG ir Suomalainen, A. (2019). Tėvo mitochondrijų likimas. „Nature“, 565 (7739), 296–297.
7. Sutovsky, P. (2019). Mitochondrijų paveldėjimo ląstelinis ir molekulinis pagrindai. Springeris.