MITOKONDRIAL ARV: APPLIKATIONER, PATOLOGIER, FÖREBYGGANDE - BIOLOGI - 2025

Den mitokondriella arv är överföringen av mitokondriell DNA genom organellen som kallas "mitokondrier" och sker från förälder till hans ättlingar. Arv sker vanligtvis endast från miternära mitokondrier på ett "matrilinealt" sätt.

Shiyu Luo och kollegor publicerade emellertid en artikel i januari 2019 där de funnit bevis för att i sällsynta tillfällen kan mitokondriell DNA ärva från båda föräldrarna.

Mendeliska arvsmönster vs Mitokondrial arvsmönster (Källa: BQmUB2011167 via Wikimedia Commons)

Det mesta av det genetiska materialet i eukaryota celler finns i cellkärnan. Emellertid finns en liten del av DNA inuti mitokondrierna.

Det genetiska materialet inuti denna organell kallas mitokondriellt DNA, som är organiserat i en cirkulär kromosom, som hos däggdjur är mellan 16 000 och 16 800 baspar i längd.

Mutationer i mitokondriellt DNA har observerats orsaka allvarliga sjukdomar hos individer och i de flesta fall ärvs sjukdomen endast ärftligt från mor till barn, när maternära mitokondrier har mutationer i sitt DNA.

Alla ämnenas mitokondrier kommer från en liten grupp av mitokondrier närvarande i ägget när ögonblicket för bildandet av zygoten inträffar (fusion av ägg och spermier), därför, i de flesta fall ärftets mitokondrier bara ärvda från sin mor.

Fusion av gameter och överföring av mitokondrier

Vid tidpunkten för befruktningen av ägget (kvinnlig könsdel) bidrar spermierna eller den manliga könsen med ett par mitokondrier till det utvecklande embryot.

Detta bidrag inträffar vid tidpunkten för kontakt med spermierna med plasmamembranet i ägglossningen, eftersom båda membranen smälter samman och spermierna kommer in i cytoplasma i ägget och tömmer dess interna innehåll där.

I de flesta taxor i djurriket finns det en "tendens" till arv i en klonal eller uniparental form av mitokondrier och mitokondriell DNA (nästan alltid med avseende på mödrarna). I vissa djurfamiljer finns det förstörelsemekanismer för faderliga mitokondrier överförda av spermier.

Ägget hos däggdjur har hundratals mitokondrier, som representerar cirka 1/3 av det totala DNA som dessa könsceller har; medan spermierna bara har ett fåtal i ett mellanområde mellan flagellum och huvud.

Mänskliga ägg har mer än 100 000 kopior av mitokondriellt DNA; under tiden har spermierna bara cirka 100, men mängden varierar beroende på arten i fråga.

Detta gör det uppenbart att den stora majoriteten av mitokondrierna i efterkommarnas celler är av moderöverföring. Därför, om ägglossarnas mitokondrier uppvisar skadliga eller skadliga mutationer, kommer dessa mutationer att överföras till deras ättlingar.

Biparental arv

Forskaren Hutchinson, 1974, var en av de första som bekräftade att arvet efter mitokondrier skedde på ett strikt moderligt (matrilinealt) sätt. I början av 1900-talet observerade dock White och kollegor att i vissa musslor var mitokondriell arv inte strikt moderligt.

Senare, 2008, betecknades denna observation i musslor som en typ av "heteroplasmi", som hänvisar till "läckage" av mitokondrier och faderligt mitokondrialt DNA i avkommor.

Många fler observationer identifierade förekomsten av faderliga mitokondrier och mitokondriell DNA i musslor som naturliga.

Shiyu Luo och kollegor identifierade tre personer från tre mänskliga familjer med ovanlig mitokondriell DNA-heteroplasmi. Dessa heteroplasmier kunde inte förklaras av nedstammningen av mitternamino-mitokondrialt DNA, så dessa författare utförde nästa generations sekvensering av mitokondriell DNA från båda föräldrarna och båda morföräldrarna till de tre personerna.

På detta sätt identifierades den ovanliga heteroplasmin som en produkt av bidraget med mitokondriell DNA från både morföräldrar, mormor och farfar. Dessutom identifierade författarna ytterligare två oberoende familjer som uppvisade biparental mitokondriell överföring.

Denna forskning var den första rapporten om mitokondriell arv på ett biparentalt sätt hos människor.

Luo et al. Föreslår att heteroplasmi på grund av fosterlig mitokondriell DNA-överföring missas i diagnoser när det inte orsakar någon sjukdom hos individerna som bär den.

tillämpningar

Mitokondrial DNA introducerades i populationsgenetik, fylogeni och evolutionära studier av Dr. John C. Avise 1979 och idag är detta ett av de mest kraftfulla verktygen för att studera populationsgenetik av alla levande varelser.

Genom att spåra släktforskningen av humant mitokondriell DNA har en enorm mängd genetiska studier genomförts för att försöka redogöra för mänsklighetens ursprung.

Till och med, baserat på moder-mitokondrialt DNA, har det fastställts att alla människor i världen kan klassificeras i cirka 40 olika grupper av mitokondriella haplotyper, nära anknutna till olika geografiska områden i världen.

Många kommersiella hus som "Oxford Ancestor" erbjuder att spåra alla förfäder till människor som använder arvet från mitokondriell DNA.

Oxford Ancestor-grundaren Bryan Sykes använde mitokondriellt DNA för att klassificera alla européer i klaner som grundades av "Seven Daughters of Eve." Detta är titeln Sykes tilldelades en bok han skrev och försökte spåra ursprunget för alla européer.

I sin bok följer Bryan Sykes mitokondriell arv från alla europeiska medborgare genom sekvensering av mitokondrialt DNA från tusentals människor, och lokaliserade ursprunget till alla européer i sju kvinnor som fanns före den senaste istiden, för 45 000 år sedan.

Patologier och förebyggande

Skadliga mutationer i mitokondriella DNA-gener orsakar flera sjukdomar på systemnivå. Dessa mutationer kan överföras genom mitokondriell arv genom modern och sällan fadern.

En mutation i mitokondrialt DNA kan orsaka problem på grund av frånvaro eller skada på enzymerna involverade i cellulär andning. Denna skada leder till en minskning av ATP-tillförseln till cellerna, vilket orsakar att kroppens system fungerar.

Men vid många tillfällen ärver människor olika typer av mitokondrier från sina mödrar, vissa funktionella och andra defekta; därför kan mitokondrier med funktionella gener kompensera för störningen av felaktiga mitokondrier.

Form för överföring av mitokondriella patologier via den "matrilineala" vägen (mitokondriell arv) (Källa: ghr.nlm.nih.gov via Wikimedia Commons)

För närvarande forskas för att överföra cellkärnor som kan tillåta kvinnor som lider av sjukdomar orsakade av skadliga mutationer i mitokondrierna att få friska barn.

Metoden för att överföra kärnor består av att extrahera cellkärnan från moderns ägg med de drabbade mitokondrierna och införa den i normala donerade ägglossningar, från vilka cellkärnan har extraherats tidigare.

Därefter kan ägget befruktas med spermier från patientens partner in vitro. Denna teknik har skapat kontroverser eftersom de tänkta fostret skulle ha DNA från tre olika föräldrar.

referenser

1. Adam, MP, Ardinger, HH, Pagon, RA, Wallace, SE, Bean, LJH, Stephens, K., & Amemiya, A. Mitochondrial Disorders Oversikt - GeneReviews®.
2. Aiello, LB, & Chiatti, BD (2017). Grundare inom genetik och genomik, artikel 4-arvsmönster. Biologisk forskning för omvårdnad, 19 (4), 465-472.
3. Avise, JC, Giblin-Davidson, C., Laerm, J., Patton, JC, & Lansman, RA (1979). Mitokondriella DNA-kloner och matriarkal fylogeni inom och bland de geografiska populationerna av fickgoperen, Geomys pinetis. Proceedings of the National Academy of Sciences, 76 (12), 6694-6698.
4. Hadjivasiliou, Z., Lane, N., Seymour, RM, & Pomiankowski, A. (2013). Dynamik för mitokondriell arv i utvecklingen av binära parningstyper och två kön. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 280 (1769), 20131920.
5. HUTCHISON III, CA, Newbold, JE, Potter, SS, & Edgell, MH (1974). Mödrarverv av mitokondrialt DNA från däggdjur. Nature, 251 (5475), 536.
6. McWilliams, TG, & Suomalainen, A. (2019). Ödet för en fars mitokondrier. Nature, 565 (7739), 296-297.
7. Sutovsky, P. (2019). Cellulär och molekylär grund av mitokondriell ärft. Springer.