MITOKONDRIELL ARV: APPLIKASJONER, PATOLOGIER, FOREBYGGING - BIOLOGI - 2026

Den mitokondrielle arven er overføring av mitokondriell DNA gjennom organellen som kalles "mitokondrier" og forekommer fra foreldre til hans etterkommere. Arv forekommer bare fra mitokondrier i moren, på en "matrilineal" måte.

Shiyu Luo og kollegene publiserte imidlertid en artikkel i januar 2019 der de fant bevis på at sjeldne anledninger kan mitokondriell DNA arves fra begge foreldrene.

Mendelian arvemønster vs Mitochondrial arvemønster (Kilde: BQmUB2011167 via Wikimedia Commons)

Det meste av arvestoffet i eukaryote celler finnes i cellekjernen. Imidlertid finnes en liten del av DNA inne i mitokondriene.

Det genetiske materialet inne i denne organellen er kjent som mitokondriell DNA, som er organisert i et sirkulært kromosom, som hos pattedyr er mellom 16.000 og 16.800 basepar i lengde.

Mutasjoner i mitokondrielt DNA har blitt observert å forårsake alvorlige sykdommer hos individer, og i de fleste tilfeller arveles sykdommene bare fra mor til barn, når mors mitokondrier har mutasjoner i sitt DNA.

Alle mitokondriene til etterkommerne kommer fra en liten gruppe mitokondrier som er tilstede i eggløsningen når øyeblikket av dannelse av zygot oppstår (fusjon av egg og sæd), derfor er i de fleste tilfeller fosterets mitokondrier bare arvet fra moren.

Fusjon av gameter og overføring av mitokondrier

På befruktningstidspunktet av egget (kvinnelig gamet), bidrar sæden eller hannkameten noen få mitokondrier til det utviklende embryoet.

Dette bidraget skjer i det øyeblikket sædcellen kommer i kontakt med plasmamembranen til eggløsningen, siden begge membranene smelter sammen og sædcellene kommer inn i cytoplasma i egget, og tømmer dets indre innhold der.

I de fleste taxaer i dyreriket er det en "tendens" til arv i en klonal eller uniparental form av mitokondrier og mitokondriell DNA (nesten alltid med hensyn til mødre). I noen dyrefamilier er det ødeleggelsesmekanismer for fedrens mitokondrier som overføres av sædceller.

Egget hos pattedyr har hundrevis av mitokondrier, som representerer omtrent 1/3 av det totale DNAet som disse kjønnscellene har; mens sædcellene bare har noen få i et mellomliggende område mellom flagellum og hode.

Menneskelige egg har mer enn 100 000 eksemplarer av mitokondriell DNA; i mellomtiden har sædcellene bare rundt 100, men mengden varierer avhengig av den aktuelle arten.

Dette gjør det tydelig at det store flertallet av mitokondriene i cellene til etterkommerne er fra mors overføring. Derfor, hvis mitokondriene i eggene har skadelige eller skadelige mutasjoner, vil disse mutasjonene bli overført til deres etterkommere.

Biparental arv

Forskeren Hutchinson var i 1974 en av de første som bekreftet at arven etter mitokondriene skjedde på en strengt morslig (matrilineal) måte. På begynnelsen av 1900-tallet observerte imidlertid White og kolleger at i noen blåskjell ikke var mitokondriell arv strengt tatt morslig.

Senere, i 2008, ble denne observasjonen i blåskjell utpekt som en type "heteroplasmi", som refererer til "lekkasje" av mitokondrier og faderlig mitokondriell DNA til avkom.

Mange flere observasjoner identifiserte tilstedeværelsen av mors mitokondrier og mitokondrialt DNA i blåskjell som naturlig.

Shiyu Luo og kolleger identifiserte tre personer fra tre menneskelige familier med uvanlig mitokondriell DNA-heteroplasmi. Disse heteroplasmiene kunne ikke forklares med nedstigningen av mitokondrialt DNA fra mors, så disse forfatterne utførte neste generasjons sekvensering av mitokondrialt DNA fra begge foreldrene og begge besteforeldrene til de tre personene.

På denne måten ble den uvanlige heteroplasmien identifisert som et produkt av bidraget fra mitokondriell DNA fra både besteforeldre, bestemoren og bestefaren. I tillegg identifiserte forfatterne to ekstra ubeslektede familier som viste biparental mitokondriell overføring.

Denne forskningen var den første rapporten om mitokondriell arv på en biparental måte hos mennesker.

Luo et al. Antyder at heteroplasmi på grunn av overføring av mors mitokondrialt DNA blir savnet i diagnoser når det ikke forårsaker noen sykdom hos individene som bærer det.

applikasjoner

Mitokondrial DNA ble introdusert i populasjonsgenetikk, fylogeni og evolusjonsstudier av Dr. John C. Avise i 1979, og i dag er dette et av de kraftigste verktøyene for å studere populasjonsgenetikk av alle levende vesener.

Ved å spore slektsforskningen til humant mitokondriell DNA, er det utført en enorm mengde genetiske studier for å prøve å kartlegge menneskehetens opprinnelse.

Til og med, basert på mors mitokondriell DNA, har det blitt bestemt at alle mennesker i verden kan klassifiseres i rundt 40 forskjellige grupper av mitokondrielle haplotyper, nært knyttet til forskjellige geografiske områder i verden.

Mange kommersielle hus som "Oxford Ancestor" tilbyr å spore alle forfedrene til mennesker som bruker arven etter mitokondriell DNA.

Oxford Ancestor-grunnlegger Bryan Sykes brukte mitokondriell DNA for å klassifisere alle europeere i klaner grunnlagt av "Seven Daughters of Eve." Dette er tittelen Sykes tildelt en bok han skrev og prøvde å spore opprinnelsen til alle europeere.

I sin bok følger Bryan Sykes mitokondriell arv fra alle europeiske borgere gjennom sekvensering av mitokondrialt DNA fra tusenvis av mennesker, og oppdaget opprinnelsen til alle europeere hos syv kvinner som eksisterte før den siste istiden, for 45 000 år siden.

Patologier og forebygging

Skadelige mutasjoner i mitokondrielle DNA-gener forårsaker flere sykdommer på systemisk nivå. Disse mutasjonene kan overføres ved mitokondriell arv gjennom moren og sjelden faren.

En mutasjon i mitokondrialt DNA kan forårsake problemer på grunn av fravær eller skade av enzymene involvert i cellulær respirasjon. Denne skaden fører til en reduksjon i ATP-tilførselen til cellene, og får kroppens systemer til å fungere.

Imidlertid arver folk mange typer mitokondrier fra mødrene sine, noen er funksjonelle og andre mangelfulle; derfor kan mitokondrier med funksjonelle gener kompensere for funksjonsfeil ved defekte mitokondrier.

Form for overføring av mitokondrielle patologier ved «matrilineal» -veien (mitokondriell arv) (Kilde: ghr.nlm.nih.gov via Wikimedia Commons)

For tiden forskes det på å overføre cellekjerner som kan tillate kvinner som lider av sykdommer forårsaket av skadelige mutasjoner i mitokondriene å få sunne barn.

Metoden for å overføre kjerner består av å trekke ut cellekjernen fra mors egg med de berørte mitokondriene og sette den inn i normale, donerte eggløsninger, hvorfra cellekjernen tidligere har blitt ekstrahert.

Deretter kan egget befruktes med sæd fra pasientens partner in vitro. Denne teknikken har skapt kontrovers fordi de unnfangede fostrene ville ha DNA fra tre forskjellige foreldre.

referanser

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). Grunning innen genetikk og genomikk, artikkel 4-Arvemønster. Biologisk forskning for sykepleie, 19 (4), 465-472.
3. Avise, JC, Giblin-Davidson, C., Laerm, J., Patton, JC, & Lansman, RA (1979). Mitokondrielle DNA-kloner og matriarkal fylogeni i og blant geografiske populasjoner av lomme-goperen, Geomys pinetis. Proceedings of the National Academy of Sciences, 76 (12), 6694-6698.
4. Hadjivasiliou, Z., Lane, N., Seymour, RM, & Pomiankowski, A. (2013). Dynamikk av mitokondriell arv i utviklingen av binære parringstyper og to kjønn. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 280 (1769), 20131920.
5. HUTCHISON III, CA, Newbold, JE, Potter, SS, & Edgell, MH (1974). Morens arv av mitokondrialt DNA fra pattedyr. Nature, 251 (5475), 536.
6. McWilliams, TG, & Suomalainen, A. (2019). Skjebnen til en fars mitokondrier. Nature, 565 (7739), 296-297.
7. Sutovsky, P. (2019). Cellulær og molekylær basis av mitokondriell arv. Springer.