MITOHONDRIJSKO NASLJEĐIVANJE: APLIKACIJE, PATOLOGIJE, PREVENCIJE - BIOLOGIJA - 2026

Mitohondrija nasljedstvo je prijenos mitohondrijske DNA kroz organela pod nazivom „mitohondrije” i javlja se s roditelja na svojim potomcima. Obično se nasljeđivanje događa samo od mitohondrija majki, na "matrilinealni" način.

Shiyu Luo i njegove kolege, međutim, u siječnju 2019. godine objavili su članak u kojem su pronašli dokaze da se u rijetkim prilikama mitohondrijska DNA može naslijediti od oba roditelja.

Mendelski obrasci nasljeđivanja vs obrasci nasljeđivanja iz mitohondrija (Izvor: BQmUB2011167 putem Wikimedia Commonsa)

Većina genetskog materijala u eukariotskim stanicama nalazi se u staničnoj jezgri. Međutim, mali dio DNK nalazi se unutar mitohondrija.

Genetski materijal unutar ove organele poznat je pod nazivom mitohondrijska DNK, koja je organizirana u kružnom kromosomu, a kod sisavaca je duljina između 16.000 i 16.800 baznih parova.

Zapaženo je da mutacije u mitohondrijskoj DNK uzrokuju teške bolesti kod pojedinaca, a u većini slučajeva ove bolesti nasljeđuju se samo od majke do djeteta, kada majke mitohondrije imaju mutacije u svojoj DNK.

Svi mitohondriji potomaka potječu iz male skupine mitohondrija prisutnih u jajniku kada se dogodi trenutak formiranja zigote (fuzija jajovoda i sperme), pa se u većini slučajeva mitohondriji fetusa nasljeđuju samo od njegove majke.

Fuzija gameta i prijenos mitohondrija

U vrijeme oplodnje jajovoda (ženska gameta), sperma ili muški gameta doprinose nekoliko mitohondrija razvoju embrija u razvoju.

Taj se doprinos događa u trenutku kontakta sperme s plazma membranom ovule, jer se obje membrane spajaju, a sperma ulazi u citoplazmu jajnika, tamo praznivši njezin unutarnji sadržaj.

U većini svojti životinjskog carstva postoji „tendencija“ prema nasljeđivanju u klonalnom ili uniparentalnom obliku mitohondrija i mitohondrijske DNK (gotovo uvijek u odnosu na majke). U nekim obiteljima životinja postoje mehanizmi uništavanja očinskog mitohondrija koje prenose spermatozoidi.

Jajolik u sisavaca ima stotine mitohondrija, koji predstavljaju oko 1/3 ukupne DNK koju imaju ove spolne stanice; dok spermatozoida ima samo nekoliko u međuprostoru između flagela i glave.

Ljudska jaja imaju više od 100 000 primjeraka mitohondrijske DNK; u međuvremenu, sperme ima samo oko 100, ali količina varira ovisno o dotičnoj vrsti.

To pokazuje da je velika većina mitohondrija u ćelijama potomaka prenosi majku. Stoga, ako mitohondriji ovula pokazuju štetne ili štetne mutacije, ove će se mutacije prenijeti na njihove potomke.

Biparentalno nasljedstvo

Znanstvenik Hutchinson 1974. godine bio je jedan od prvih koji je potvrdio da se nasljeđivanje mitohondrija događa na strogo majčinski (matrilinealni) način. Međutim, na početku 20. stoljeća, White i njegove kolege primijetili su da u nekim dagnjama mitohondrijsko nasljeđivanje nije strogo majčinsko.

Kasnije, 2008. godine, ovo je opažanje na školjkama označeno kao vrsta "heteroplazme", koja se odnosi na "istjecanje" mitohondrija i očinske mitohondrijske DNK u potomstvo.

Mnogo je više opažanja identificiralo prisustvo mitohondrija i mitohondrijske DNA u školjkama kao prirodnih.

Shiyu Luo i njegovi kolege identificirali su tri osobe iz tri ljudske obitelji s neobičnom mitohondrijskom DNK heteroplazmijom. Ove se heteroplazme nisu mogle objasniti potomkom matične mitohondrijske DNK, pa su ti autori izveli sekvenciranje mitohondrijske DNA sljedeće generacije oba roditelja i oba djeda i bake te tri osobe.

Tako je neobična heteroplazmija identificirana kao produkt doprinosa mitohondrijske DNK i baka i djeda, bake i djeda. Pored toga, autori su identificirali dvije dodatne nepovezane obitelji koje pokazuju biparentalni mitohondrijski prijenos.

Ovo je istraživanje prvo izvješće o nasljeđivanju mitohondrija na biparentalni način kod ljudi.

Luo i suradnici, predlažu da se heteroplazma zbog prijenosa očinske mitohondrijske DNK propusti u dijagnozi kada ne izazove nikakvu bolest kod pojedinaca koji je nose.

Prijave

Dr. John C. Avise je 1979. mitohondrijsku DNK uveo u populacijsku genetiku, filogeniju i evolucijske studije, a ovo je jedan od najmoćnijih alata za proučavanje populacijske genetike svih živa bića.

Tragajući genealogiji ljudske mitohondrijske DNK, provedeno je golema količina genetskih studija kako bi se pokušalo utvrditi podrijetlo čovječanstva.

Čak je na temelju DNK mitohondrije majke utvrđeno da se svi ljudi na svijetu mogu svrstati u oko 40 različitih skupina mitohondrijskih haplotipa usko povezanih s različitim zemljopisnim područjima svijeta.

Mnoge komercijalne kuće poput "Oxford Ancestor" nude da se uđe u trag svim precima ljudi koji koriste nasljeđivanje DNK mitohondrija.

Osnivač Oxfordovih predaka, Bryan Sykes, upotrijebio je mitohondrijski DNK da bi klasificirao sve Europljane u klanove koje je osnovalo "Sedam kćeri Eve". To je naslov koji je Sykes dodijelio knjizi koju je napisao pokušavajući ući u trag podrijetlu svih Europljana.

Bryan Sykes u svojoj knjizi prati mitohondrijsko nasljeđivanje svih europskih građana kroz sekvenciranje mitohondrijske DNK tisuća ljudi, pronalazeći podrijetlo svih Europljana u sedam žena koje su postojale prije posljednjeg ledenog doba, prije 45 000 godina.

Patologije i prevencije

Štetne mutacije u genima DNA mitohondrija uzrokuju višestruke bolesti na sistemskoj razini. Te se mutacije mogu prenijeti nasljeđivanjem mitohondrija preko majke i, rijetko, oca.

Mutacija u mitohondrijskoj DNK može uzrokovati probleme zbog nedostatka ili oštećenja enzima koji sudjeluju u staničnom disanju. Ovo oštećenje dovodi do smanjenja opskrbe stanica ATP-om, uzrokujući kvar tjelesnih sustava.

Međutim, u mnogim prilikama ljudi nasljeđuju različite vrste mitohondrija od majki, neke funkcionalne, a druge manjkave; stoga mitohondrije s funkcionalnim genima mogu nadoknaditi neispravnost mitohondrija koji nisu u funkciji.

Oblik prenošenja mitohondrijskih patologija "matrilinealnim" putem (mitohondrijsko nasljeđivanje) (Izvor: ghr.nlm.nih.gov putem Wikimedia Commons)

Trenutno se provode istraživanja kako bi se prenijele stanične jezgre koje ženama koje pate od bolesti uzrokovanih štetnim mutacijama u mitohondrijama mogu omogućiti zdravu djecu.

Metoda za prijenos jezgara sastoji se u ekstrakciji stanične jezgre iz majčine dušice s pogođenim mitohondrijima i njenom umetanju u normalne darovane ovule iz kojih je stanično jezgro prethodno izdvojeno.

Nakon toga jaje se može oploditi spermom pacijentovog partnera in vitro. Ova je tehnika stvorila kontroverzu jer bi zamišljeni fetusi imali DNK tri različita roditelja.

Reference

1. Adam, zastupnik, Ardinger, HH, Pagon, RA, Wallace, SE, Bean, LJH, Stephens, K., i Amemiya, A. Pregled mitohondrijskih poremećaja - GeneReviews®.
2. Aiello, LB i Chiatti, BD (2017). Primer u genetici i genomici, članak 4 - Nasljedni obrasci. Biološka istraživanja za njegu, 19 (4), 465-472.
3. Avise, JC, Giblin-Davidson, C., Laerm, J., Patton, JC, i Lansman, RA (1979). Klonovi DNK mitohondrija i matrijarhalna filogenija unutar i među zemljopisnom populacijom džeparca, Geomys pinetis. Zbornik radova Nacionalne akademije znanosti, 76 (12), 6694-6698.
4. Hadjivasiliou, Z., Lane, N., Seymour, RM, i Pomiankowski, A. (2013). Dinamika nasljeđivanja mitohondrija u evoluciji binarnih vrsta parenja i dva spola. Zbornik radova Kraljevskog društva B: Biological Sciences, 280 (1769), 20131920.
5. HUTCHISON III, CA, Newbold, JE, Potter, SS i Edgell, MH (1974). Nasljeđivanje majke DNA mitohondrija sisavaca. Priroda, 251 (5475), 536.
6. McWilliams, TG i Suomalainen, A. (2019). Sudbina mitohondrija oca. Priroda, 565 (7739), 296-297.
7. Sutovsky, P. (2019). Stanična i molekularna osnova nasljeđivanja mitohondrija. Springer.