МИТОХОНДРИЈСКО НАСЉЕЂИВАЊЕ: АПЛИКАЦИЈЕ, ПАТОЛОГИЈЕ, ПРЕВЕНЦИЈЕ - БИОЛОГИЈА - 2025

Митохондрија наслеђе је пренос митохондрија ДНА кроз органеле митохондрије под називом "" и настаје од родитеља до његових потомака. Обично наслеђивање настаје само од митохондрија мајки, на „матрилинеални“ начин.

Међутим, Схииу Луо и његове колеге објавили су чланак у јануару 2019. године у којем су пронашли доказе да се у ретким приликама митохондријска ДНК може наслиједити од оба родитеља.

Менделски обрасци наслеђивања вс обрасци наслеђивања из митохондрија (Извор: БКмУБ2011167 путем Викимедиа Цоммонс)

Већина генетског материјала у еукариотским ћелијама налази се у ћелијском језгру. Међутим, мали део ДНК налази се унутар митохондрија.

Генетски материјал унутар ове органеле познат је као митохондријална ДНК, која је организована у кружном хромосому, а код сисара је дужина између 16.000 и 16.800 базних парова.

Примећено је да мутације у митохондријалној ДНК изазивају тешке болести код појединаца и да се у већини случајева ове болести наслеђују само од мајке до детета, када мајке митохондрије имају мутације у својој ДНК.

Сви митохондрији потомака потјечу из мале групе митохондрија присутних у овули када се догоди тренутак формирања зиготе (фузија јајне станице и сперме), па се у већини случајева митохондрије плода насљеђују само од његове мајке.

Фузија гамета и пренос митохондрија

У време оплодње јајовода (женска гамета), сперма или мушки гамета доприноси неколико митохондрија развоју ембриона који се развија.

Овај допринос настаје у тренутку контакта сперме са плазма мембраном овуле, пошто се обе мембране спајају, а сперма улази у цитоплазму јајовода, испразнивши тамошњи унутрашњи садржај.

У већини својти животињског царства постоји „тенденција“ према наслеђивању у клоналном или унипаренталном облику митохондрија и митохондријске ДНК (готово увек у односу на мајке). У неким породицама животиња постоје механизми уништавања очинског митохондрија које преносе сперматозолије.

Овум код сисара има стотине митохондрија, који представљају око 1/3 укупне ДНК коју ове полне ћелије имају; док сперматозоида има само неколико у средњем делу између флагела и главе.

Људска јаја имају више од 100 000 копија митохондријске ДНК; у међувремену, сперме има само око 100, али количина варира у зависности од врсте о којој је реч.

Ово показује да је велика већина митохондрија у ћелијама потомака преноси се мајком. Стога, ако митохондрији овуласа представљају штетне или штетне мутације, ове ће се мутације пренијети на њихове потомке.

Бипарентално наслеђивање

Научник Хутцхинсон, 1974. године, један је од првих који је потврдио да се наследство митохондрија десило на строго мајчински (матрилинеални) начин. Међутим, на почетку 20. века, Бели и његове колеге приметили су да у неким шкољкама наслеђивање митохондрија није строго мајчинско.

Касније, 2008. године, ово опажање код шкољки означено је као врста "хетероплазме", која се односи на "цурење" митохондрија и очинске митохондријске ДНК у потомство.

Много више запажања идентификовало је присуство митохондрија и очева митохондрија у шкољкама као природних.

Схииу Луо и његове колеге идентификовали су три особе из три људске породице са необичном митохондријалном ДНК хетероплазмијом. Ове хетероплазме се нису могле објаснити потомком матичне митохондријске ДНК, па су ови аутори извршили секвенцирање митохондријске ДНК следеће генерације оба родитеља и оба баке и баке три особе.

На овај начин је необична хетероплазмија идентификована као продукт доприноса митохондријске ДНК и од баке и баке, од баке и од деде. Поред тога, аутори су идентификовали две додатне неповезане породице које показују бипарентални митохондријални пренос.

Ово истраживање је први извештај о наслеђивању митохондрија на бипарентални начин код људи.

Луо и др. Предлажу да се хетероплазма услед преношења ДНК митохондријом из очеве пропусти у дијагнози када не изазове никакву болест код појединаца који је носе.

Апликације

Митохондријски ДНК уведен је у популацијску генетику, филогенију и еволуционе студије др Јохн Ц. Ависе 1979. године и данас је ово један од најмоћнијих алата за проучавање популацијске генетике свих жива бића.

Трагајући генеалогији хумане митохондријалне ДНК, изведена је огромна количина генетских студија како би се покушало прецизно утврдити порекло човечанства.

Чак је на основу ДНК мајке митохондрија утврђено да се сви људи на свету могу сврстати у око 40 различитих група митохондријалних хаплотипа, уско повезаних са различитим географским областима света.

Многе комерцијалне куће попут "Окфорд Анцестор" нуде да се уђе у траг свим прецима људи који користе наследство ДНК митохондрија.

Оснивач Оксфордског претка, Брајан Сикес, користио је митохондријску ДНК да би класификовао све Европљане у кланове које је основала „Седам кћери Еве“. То је наслов који је Сикес додијелио књизи коју је написао покушавајући да утврди поријекло свих Европљана.

У својој књизи, Бриан Сикес прати митохондријско насљеђивање свих европских грађана кроз секвенцирање митохондријске ДНК хиљада људи, лоцирајући поријекло свих Европљана у седам жена које су постојале прије посљедњег леденог доба, прије 45.000 година.

Патологије и превенције

Штетне мутације у генима ДНА митохондрија узрокују вишеструке болести на системском нивоу. Ове мутације могу се пренијети насљеђивањем митохондрија преко мајке и, ријетко, оца.

Мутација у митохондријској ДНК може проузроковати проблеме услед одсуства или оштећења ензима који учествују у ћелијском дисању. Ово оштећење доводи до смањења АТП опскрбе ћелија, проузрокујући квар телесних система.

Међутим, у многим приликама људи наслеђују различите врсте митохондрија од својих мајки, неке функционалне а друге мањкаве; према томе, митохондрије с функционалним генима могу надокнадити квар неправилних митохондрија.

Облик преноса митохондријских патологија "матрилинеалним" путем (митохондријално наслеђивање) (Извор: гхр.нлм.них.гов преко Викимедиа Цоммонс)

Тренутно се раде истраживања како би се пренела ћелијска језгра која женама које пате од болести услед штетних мутација у митохондријама могу омогућити здраву децу.

Поступак преношења језгара састоји се у екстракцији ћелијског језгра из материне материце са погођеним митохондријима и његовом убацивању у нормалне дониране овуле из којих је ћелијско језгро претходно извађено.

Након тога јаје се може оплодити спермом пацијентовог партнера ин витро. Ова техника је покренула полемику јер би замишљени плодови имали ДНК три различита родитеља.

Референце

1. Адам, МП, Ардингер, ХХ, Пагон, РА, Валлаце, СЕ, Беан, ЉХ, Степхенс, К., и Амемииа, А. Преглед митохондријалних поремећаја - ГенеРевиевс®.
2. Аиелло, ЛБ и Цхиатти, БД (2017). Пример у генетици и геномици, чланак 4. Обрасци наслеђивања. Биолошка истраживања за негу, 19 (4), 465-472.
3. Ависе, ЈЦ, Гиблин-Давидсон, Ц., Лаерм, Ј., Паттон, ЈЦ, и Лансман, РА (1979). Клонови ДНК митохондрија и матријархална филогенија унутар и међу географском популацијом џепарца, Геомис пинетис. Зборник радова Националне академије наука, 76 (12), 6694-6698.
4. Хадјивасилиоу, З., Лане, Н., Сеимоур, РМ, и Помианковски, А. (2013). Динамика наслеђивања митохондрија у еволуцији бинарних врста парења и два пола. Зборник радова Краљевског друштва Б: Биологицал Сциенцес, 280 (1769), 20131920.
5. ХУТЦХИСОН ИИИ, ЦА, Невболд, ЈЕ, Поттер, СС и Едгелл, МХ (1974). Наслеђивање мајке ДНК митохондрија сисара. Природа, 251 (5475), 536.
6. МцВиллиамс, ТГ и Суомалаинен, А. (2019). Судбина митохондрије оца. Природа, 565 (7739), 296-297.
7. Сутовски, П. (2019). Ћелијска и молекуларна основа наследства митохондрија. Спрингер.