MITOHONDRIJU MANTOJUMS: LIETOJUMI, PATOLOĢIJAS, PROFILAKSE - BIOLOĢIJA - 2025

Mitohondriju mantojums ir pārraide mitohondriju DNS caur Organelle sauc par "mitohondriji", un rodas no mātes uz saviem pēcnācējiem. Parasti mantojums notiek tikai no mātes mitohondrijiem, "matrilinealā veidā".

Šiija Luo un kolēģi tomēr 2019. gada janvārī publicēja rakstu, kurā atrada pierādījumus tam, ka retos gadījumos mitohondriju DNS var mantot no abiem vecākiem.

Mendeļu mantojuma modeļi salīdzinājumā ar mitohondriju mantojuma modeļiem (Avots: BQmUB2011167, izmantojot Wikimedia Commons)

Lielākā daļa eikariotu šūnu ģenētiskā materiāla atrodas šūnas kodolā. Tomēr mitohondriju iekšpusē ir atrodama neliela DNS daļa.

Ģenētiskais materiāls šīs organellas iekšienē ir pazīstams kā mitohondriju DNS, kas ir organizēta apļveida hromosomā, kuras zīdītājiem ir no 16 000 līdz 16 800 bāzes pāriem.

Ir novērots, ka mitohondriju DNS mutācijas indivīdiem izraisa smagas slimības, un vairumā gadījumu slimības tiek mantotas tikai no mātes bērnam, kad mātes mitohondrijās ir mutācijas to DNS.

Visas pēcnācēju mitohondrijas nāk no nelielas mitohondriju grupas, kas atrodas olšūnā, kad notiek zigotas veidošanās brīdis (olšūnas un spermas saplūšana), tāpēc vairumā gadījumu augļa mitohondrijas tiek mantotas tikai no viņa mātes.

Gametes saplūšana un mitohondriju pārnešana

Olšūnas (sieviešu dzimuma gametas) apaugļošanas laikā sperma vai vīriešu dzimuma gameta veicina dažas mitohondrijas jaunattīstības embrijā.

Šis ieguldījums notiek brīdī, kad sperma nonāk saskarē ar olšūnas plazmas membrānu, jo abas membrānas saplūst un sperma nonāk olšūnas citoplazmā, iztukšojot tajā iekšējo saturu.

Lielākajā daļā dzīvnieku valsts taksonu ir "tendence" uz mantošanu mitohondriju un mitohondriju DNS kloniskā vai vienpusējā formā (gandrīz vienmēr attiecībā uz mātēm). Dažās dzīvnieku ģimenēs ir paternālo mitohondriju iznīcināšanas mehānismi, ko pārnēsā spermas šūnas.

Zīdītāju olšūnā ir simtiem mitohondriju, kas veido apmēram 1/3 no kopējā šo dzimumšūnu DNS; savukārt spermatozoīdiem ir tikai daži starpposmā starp flagellum un galvu.

Cilvēka olās ir vairāk nekā 100 000 mitohondriju DNS kopiju; tikmēr spermai ir tikai aptuveni 100, bet daudzums mainās atkarībā no attiecīgajām sugām.

Tas padara acīmredzamu, ka lielais vairums mitohondriju pēcnācēju šūnās ir mātes pārnēsātas. Tāpēc, ja olšūnu mitohondrijās rodas kaitīgas vai kaitīgas mutācijas, šīs mutācijas tiks pārnestas uz viņu pēcnācējiem.

Biparental mantojums

Zinātnieks Hutchinsons 1974. gadā bija viens no pirmajiem, kurš apstiprināja, ka mitohondriju mantojums notika stingri mātes (matrilineal) veidā. Tomēr 20. gadsimta sākumā Vaits un kolēģi novēroja, ka dažās gliemenēs mitohondriju mantojums nebija stingri mātišķs.

Vēlāk, 2008. gadā, šis novērojums gliemenēs tika nosaukts par "heteroplazmijas" veidu, kas norāda uz mitohondriju un tēva mitohondriju DNS "noplūdi" pēcnācējiem.

Daudzos citos novērojumos tēviņu mitohondriju un mitohondriju DNS klātbūtne mīdijās tika identificēta kā dabiska.

Šiija Luo un kolēģi identificēja trīs cilvēkus no trim cilvēku ģimenēm ar neparastu mitohondriju DNS heteroplazmiju. Šīs heteroplazmijas nevarēja izskaidrot ar mātes mitohondriju DNS nolaišanos, tāpēc šie autori veica nākamās paaudzes abu vecāku un abu cilvēku abu vecvecāku mitohondriju DNS sekvenēšanu.

Šādā veidā neparastā heteroplazmija tika identificēta kā mitohondriju DNS ieguldījuma produkts, ko veica abi vecvecāki, vecmāmiņa un vectēvs. Turklāt autori identificēja vēl divas nesaistītas ģimenes, kurām bija biparentāla mitohondriju transmisija.

Šis pētījums bija pirmais ziņojums par mitohondriju mantojumu biparentālā veidā cilvēkiem.

Luo et al. Ieteiktu diagnozēs izlaist heteroplazmu, kas rodas tēva mitohondriju DNS pārnešanas dēļ, ja tā neizraisa slimības cilvēkiem, kuri to pārnēsā.

Lietojumprogrammas

Mitohondriju DNS populācijas ģenētikas, filoģenēzes un evolūcijas pētījumos ieviesa doktors Džons C. Avīze 1979. gadā, un šodien tas ir viens no visspēcīgākajiem instrumentiem populācijas ģenētikas izpētei no visiem. dzīvās būtnes.

Izsekojot cilvēka mitohondriju DNS ģenealoģiju, ir veikts milzīgs daudzums ģenētisko pētījumu, lai mēģinātu precīzi noteikt cilvēces izcelsmi.

Pat, pamatojoties uz mātes mitohondriju DNS, ir noteikts, ka visus pasaules cilvēkus var klasificēt apmēram 40 dažādās mitohondriju haplotipu grupās, kas ir cieši saistītas ar dažādiem pasaules ģeogrāfiskajiem apgabaliem.

Daudzas tirdzniecības mājas, piemēram, "Oxford Ancestor", piedāvā izsekot visiem cilvēku senčiem, izmantojot mitohondriju DNS mantojumu.

Oksfordas senča dibinātājs Braiens Sīks izmantoja mitohondriju DNS, lai visus eiropiešus klasificētu klanos, kurus dibinājuši "Ievas septiņas meitas". Šis ir nosaukums, kuru Sykes piešķīra grāmatai, kuru viņš uzrakstīja, cenšoties izsekot visu eiropiešu izcelsmei.

Savā grāmatā Braiens Sīks seko visu Eiropas pilsoņu mitohondriju mantojumam, secējot tūkstošiem cilvēku mitohondriju DNS, atrodot visu eiropiešu izcelsmi septiņās sievietēs, kuras pastāvēja pirms pēdējā ledus laikmeta, pirms 45 000 gadiem.

Patoloģijas un profilakse

Kaitīgas mitohondriju DNS gēnu mutācijas izraisa vairākas slimības sistēmiskā līmenī. Šīs mutācijas var pārnest ar mitohondriju mantojumu caur māti un, reti, ar tēvu.

Mitohondriju DNS mutācija var radīt problēmas, pateicoties šūnu elpošanā iesaistīto enzīmu trūkumam vai bojājumiem. Šis bojājums noved pie šūnu ATP piegādes samazināšanās, izraisot ķermeņa sistēmu darbības traucējumus.

Tomēr daudzos gadījumos cilvēki no mātēm manto dažāda veida mitohondrijus, daži no tiem ir funkcionāli, bet citi - nepilnīgi; tāpēc mitohondriji ar funkcionāliem gēniem var kompensēt nepareizu mitohondriju nepareizu darbību.

Mitohondriju patoloģiju pārnešanas veids, izmantojot "matrilineālo" ceļu (mitohondriju mantojums) (Avots: ghr.nlm.nih.gov, izmantojot Wikimedia Commons)

Pašlaik tiek veikti pētījumi, lai pārnestu šūnu kodolus, kas sievietēm, kuras cieš no slimībām, kuras izraisa mitohondriju kaitīgas mutācijas, var dot veselīgus bērnus.

Kodolu pārvietošanas metode sastāv no šūnas kodola ekstrahēšanas no mātes olšūnas ar skarto mitohondriju un ievietošanas parastās ziedotās olšūnās, no kurām šūnas kodols iepriekš ir ekstrahēts.

Pēc tam olšūnu var apaugļot ar spermu no pacienta partnera in vitro. Šis paņēmiens ir izraisījis strīdus, jo ieņemtajiem augļiem būtu trīs dažādu vecāku DNS.

Atsauces

1. Adam, MP, Ardinger, HH, Pagon, RA, Wallace, SE, Bean, LJH, Stephens, K., & Amemiya, A. Mitohondriju traucējumu pārskats - GeneReviews®.
2. Aiello, LB, & Chiatti, BD (2017). Primeritāte ģenētikā un genomikā, 4. pants - Mantojuma shēmas. Medmāsu bioloģiskie pētījumi, 19 (4), 465–472.
3. Avise, JC, Giblin-Davidson, C., Laerm, J., Patton, JC, & Lansman, RA (1979). Mitohondriju DNS kloni un matriarhālā filoģenēze kabatas gofera Geomys pinetis ģeogrāfiskajās populācijās un starp tām. Nacionālās zinātņu akadēmijas raksti, 76 (12), 6694-6698.
4. Hadživasiliou, Z., Lane, N., Seymour, RM, & Pomiankowski, A. (2013). Mitohondriju mantojuma dinamika bināro pārošanās veidu un divu dzimumu evolūcijā. Karaliskās biedrības B raksti: Bioloģiskās zinātnes, 280 (1769), 20131920.
5. HUTCHISON III, Kalifornija, Ņūbolds, JE, Poters, SS un Edžels, MH (1974). Zīdītāju mitohondriju DNS mantojums no mātes. Daba, 251 (5475), 536.
6. McWilliams, TG, un Suomalainen, A. (2019). Tēva mitohondriju liktenis. Daba, 565 (7739), 296-297.
7. Sutovskis, P. (2019). Mitohondriju mantojuma šūnu un molekulārais pamats. Springers.