Mitokondrie arvsapplikasjoner, patologier, forebygginger

De mitokondriell arv Det er overføring av mitokondrie-DNA gjennom organeller kalt "mitokondrier" og skjer fra foreldrene til deres etterkommere. Vanligvis forekommer arv bare fra mors mitokondrier, på en "matrilineal" måte..

Shiyu Luo og kollegaer publiserte imidlertid en artikkel i januar 2019 der de fant bevis for at mitokondrie-DNA i sjeldne tilfeller kan arves fra begge foreldrene..

Det meste av genetisk materiale i eukaryote celler finnes i cellekjernen. Imidlertid er en liten del av DNA funnet inne i mitokondriene..

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

Mutasjoner i mitokondrie-DNA har blitt observert å forårsake alvorlige sykdommer hos individer, og i de fleste tilfeller er sykdommene bare arvet fra mødre til barn, når mitokondriene fra moren har mutasjoner i sitt DNA..

Alle mitokondriene til etterkommerne kommer fra en liten gruppe mitokondrier som er tilstede i egget når øyeblikket for zygote dannes (fusjon av egg og sæd), derfor blir mitokondriene i fosteret i de fleste tilfeller bare arvet fra moren hans.

Artikkelindeks

• 1 Fusjon av kjønnsceller og overføring av mitokondrier
• 2 Biparental arv
• 3 applikasjoner
• 4 Patologier og forebygginger
• 5 Referanser

Fusjon av kjønnsceller og overføring av mitokondrier

På tidspunktet for befruktning av egget (kvinnelig kjønnsceller), bidrar sædcellen eller den mannlige kjønnscellen noen få mitokondrier til det utviklende embryoet..

Dette bidraget oppstår når sædcellen kommer i kontakt med eggmassens plasmamembran, siden begge membranene smelter sammen og sædcellen kommer inn i cytoplasmaet til egget og tømmer det indre innholdet der.

I de fleste taxaer i dyreriket er det en "tendens" til arv i en klonal eller uniparental form av mitokondrier og mitokondrie-DNA (nesten alltid med hensyn til mødrene). I noen dyrefamilier er det ødeleggelsesmekanismer for farens mitokondrier overført av sædceller.

Egget i pattedyr har hundrevis av mitokondrier, som representerer omtrent 1/3 av det totale DNA som disse kjønnscellene har; mens sædceller bare har noen få i en mellomregion mellom flagellum og hodet.

Humane egg har mer enn 100 000 kopier av mitokondrie-DNA; i mellomtiden har sædceller bare omtrent 100, men mengden varierer avhengig av arten det gjelder.

Dette gjør det tydelig at det store flertallet av mitokondriene i cellene til etterkommerne er fra maternell overføring. Derfor, hvis mitokondriene til eggløsningene gir skadelige eller skadelige mutasjoner, vil disse mutasjonene overføres til deres etterkommere..

Biparental arv

Forskeren Hutchinson, i 1974, var en av de første som bekreftet at arven av mitokondrier skjedde på en streng mors (matrilineal) måte. På begynnelsen av 1900-tallet observerte imidlertid White og kollegaer at mitokondrie-arven i noen blåskjell ikke var strengt mors..

Senere, i 2008, ble denne observasjonen i blåskjell betegnet som en type "heteroplasmi", som refererer til "lekkasje" av mitokondrier og farlig mitokondrie-DNA i avkommet..

Mange flere observasjoner identifiserte tilstedeværelsen av farlig mitokondrier og mitokondrie-DNA i blåskjell som naturlig..

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

På denne måten ble den uvanlige heteroplasmien identifisert som et produkt av bidraget fra mitokondrie-DNA fra begge besteforeldrene, bestemoren og bestefaren. I tillegg identifiserte forfatterne to ytterligere ikke-relaterte familier som viste biparental mitokondrieoverføring..

Denne undersøkelsen var den første rapporten om mitokondrie arv på en biparental måte hos mennesker..

Luo et al. Foreslå at heteroplasmi på grunn av overføring av farlig mitokondrie-DNA blir savnet i diagnoser når det ikke forårsaker noen sykdom hos individer som bærer det..

applikasjoner

Mitokondrie-DNA ble introdusert i populasjonsgenetikk, fylogeni og evolusjonære studier av Dr. John C. Avise i 1979, og i dag er dette et av de kraftigste verktøyene for studiet av populasjonsgenetikk til alle levende vesener.

Ved å spore slektsregistrene for mitokondrie-DNA fra mennesker, har det blitt utført en enorm mengde genetiske studier for å prøve å nøyaktig bestemme opprinnelsen til menneskeheten..

Selv, basert på maternelt mitokondrie-DNA, er det bestemt at alle mennesker i verden kan klassifiseres i rundt 40 forskjellige grupper av mitokondrie-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 til mitokondrie-DNA..

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

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

Patologier og forebygginger

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

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

Men ved mange anledninger arver folk forskjellige typer mitokondrier fra sine mødre, noen funksjonelle og andre mangelfulle; derfor kan mitokondrier med funksjonelle gener kompensere for feil med mitokondrier.

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

Metoden for å overføre kjerner består i å ekstrahere cellekjernen fra moderens egg med de berørte mitokondriene og sette den inn i normale donerte ovules, hvorfra cellekjernen tidligere er ekstrahert..

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

Referanser

1. Adam, M. P., Ardinger, H. H., Pagon, R. A., Wallace, S. E., Bean, L. J. H., Stephens, K., & Amemiya, A. Mitochondrial Disorders Overview-GeneReviews®.
2. Aiello, L. B., og Chiatti, B. D. (2017). Primer i genetikk og genomikk, artikkel 4-Arvsmønstre. Biologisk forskning for sykepleie, 19 (4), 465-472.
3. Avise, J. C., Giblin-Davidson, C., Laerm, J., Patton, J. C., & Lansman, R. A. (1979). Mitokondrielle DNA-kloner og matriarkal fylogeni i og blant geografiske populasjoner av lommegopheren, Geomys pinetis. Proceedings of the National Academy of Sciences, 76 (12), 6694-6698.
4. Hadjivasiliou, Z., Lane, N., Seymour, R. M., og 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, C.A., Newbold, J. E., Potter, S. S., & Edgell, M. H. (1974). Maternell arv av mitokondrie-DNA fra pattedyr. Nature, 251 (5475), 536.
6. McWilliams, T. G., og Suomalainen, A. (2019). Skjebnen til en fars mitokondrier. Nature, 565 (7739), 296-297.
7. Sutovsky, P. (2019). Cellular and Molecular Basis of Mitochondrial Arv. Springer.