Mitokondriella arvstillämpningar, patologier, förebygganden

De mitokondriellt arv Det är överföringen av mitokondriellt DNA genom organeller som kallas "mitokondrier" och sker från föräldrarna till deras ättlingar. Typiskt sker arv endast från moderns mitokondrier, på ett "matrilinealt" sätt..

Shiyu Luo och kollegor publicerade dock en artikel i januari 2019 där de fann bevis för att mitokondriellt DNA i sällsynta fall kan ärvas från båda föräldrarna..

Det mesta av det genetiska materialet i eukaryota celler finns i cellkärnan. En liten del av DNA finns dock i mitokondrierna..

Det genetiska materialet inuti denna organell är känt som 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 sjukdomarna bara från mödrar till barn, när mitokondrier från mödrarna har mutationer i sitt DNA..

Alla efterkommarens mitokondrier kommer från en liten grupp mitokondrier som finns i ägget när ögonblicksbilden inträffar (sammansmältning av ägg och spermier), i de flesta fall ärvs fostrets mitokondrier bara ärvda från sin mor..

Artikelindex

• 1 Fusion av könsceller och överföring av mitokondrier
• 2 Biparental arv
• 3 applikationer
• 4 Patologier och förebygganden
• 5 Referenser

Fusion av könsceller och överföring av mitokondrier

Vid tidpunkten för befruktning av ägget (kvinnlig könsceller) bidrar spermier eller manliga könsceller några mitokondrier till det utvecklande embryot..

Detta bidrag inträffar vid tidpunkten för spermiernas kontakt med äggets plasmamembran, eftersom båda membranen smälter samman och spermierna kommer in i cytoplasman i ägget och tömmer dess inre innehåll.

I de flesta taxa i djurriket finns en "tendens" till arv i en klonal eller uniparental form av mitokondrier och mitokondriellt DNA (nästan alltid med avseende på mammorna). I vissa djurfamiljer finns förstörelsemekanismer för fädernas mitokondrier som överförs av spermaceller.

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 en mellanregion mellan flagellum och huvudet.

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

Detta gör det uppenbart att den stora majoriteten av mitokondrierna i cellerna i ättlingarna är av moderns överföring. 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 mitokondriernas arv inträffade på ett strikt moderns (matrilinealt) sätt. I början av 1900-talet observerade dock White och kollegor att i vissa musslor var mitokondriell arv inte strikt moderlig..

Senare, 2008, betecknades denna observation i musslor som en typ av "heteroplasmi", som hänvisar till "läckage" av mitokondrier och faderns mitokondriella DNA i avkomman..

Många fler observationer identifierade närvaron av mitokondrier från fostret och mitokondriellt 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 med nedstigningen av moderns mitokondriella DNA, så dessa författare utförde nästa generations sekvensering av mitokondriell DNA hos båda föräldrarna och båda morföräldrarna till de tre personerna..

På detta sätt identifierades den ovanliga heteroplasmien som en produkt av mitokondriellt DNA-bidrag från båda farföräldrarna, mormor och farfar. Dessutom identifierade författarna två ytterligare orelaterade familjer som uppvisade biparental mitokondriell överföring..

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

Luo et al. Föreslå att heteroplasmi på grund av överföring av miternalt mitokondriellt DNA saknas i diagnoser när det inte orsakar någon sjukdom hos individer som bär det..

Applikationer

Mitokondriellt 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 studier av befolkningsgenetik hos alla levande varelser.

Genom att spåra släktforskningen för mitokondriellt DNA hos människor har en enorm mängd genetiska studier genomförts för att försöka exakt bestämma mänsklighetens ursprung..

Till och med baserat på mitokondriellt DNA från mödrar har det fastställts att alla människor i världen kan klassificeras i cirka 40 olika grupper av mitokondriella haplotyper, nära besläktade med olika geografiska områden i världen..

Många kommersiella hus som "Oxford Ancestor" erbjuder att spåra alla förfäder till människor som använder arv av mitokondriellt DNA..

Oxford Ancestors grundare Bryan Sykes använde mitokondriellt DNA för att klassificera alla européer i klaner som grundades av "Seven Eve's Daughters." Detta är titeln som Sykes tilldelade en bok som han skrev och försökte spåra alla européers ursprung.

I sin bok följer Bryan Sykes mitokondriella arv från alla europeiska medborgare genom sekvenseringen av mitokondriell DNA från tusentals människor och lokaliserar ursprunget till alla européer i sju kvinnor som existerade före den senaste istiden för 45 000 år sedan..

Patologier och förebygganden

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

En mutation i mitokondriellt DNA kan orsaka problem på grund av frånvaro eller skada av de enzymer som är involverade i cellulär andning. Denna skada leder till en minskning av ATP-tillförseln av cellerna, vilket gör att kroppens system inte fungerar..

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

För närvarande forskas för att överföra cellkärnor som kan göra det möjligt för kvinnor som lider av sjukdomar på grund av skadliga mutationer i mitokondrier att få friska barn..

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

Därefter kan ägget befruktas med spermier från patientens partner i en in vitro. Denna teknik har genererat kontrovers eftersom de tänkta fostren skulle ha DNA från tre olika föräldrar.

Referenser

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. och Chiatti, B. D. (2017). Primer i genetik och genomik, artikel 4-Arvsmönster. Biologisk forskning för omvårdnad, 19 (4), 465-472.
3. Avise, J. C., Giblin-Davidson, C., Laerm, J., Patton, J. C., & Lansman, R. A. (1979). Mitokondriella DNA-kloner och matriarkal fylogeni inom och bland geografiska populationer av pocket gopher, Geomys pinetis. Proceedings of the National Academy of Sciences, 76 (12), 6694-6698.
4. Hadjivasiliou, Z., Lane, N., Seymour, R. M., & Pomiankowski, A. (2013). Dynamik av mitokondriellt arv i utvecklingen av binära parningstyper och två kön. 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). Moderns arv av däggdjurs mitokondriella DNA. Nature, 251 (5475), 536.
6. McWilliams, T. G. och Suomalainen, A. (2019). Ödet på en fars mitokondrier. Nature, 565 (7739), 296-297.
7. Sutovsky, P. (2019). Cellulär och molekylär grund för mitokondriell arv. Springer.