Mitokondrie arv applikationer, patologier, forebyggelser

Det mitokondrie arv Det er transmission af mitokondrie-DNA gennem organeller kaldet "mitokondrier" og forekommer fra forældrene til deres efterkommere. Typisk forekommer arv kun fra moderens mitokondrier på en "matrilineal" måde..

Shiyu Luo og kolleger offentliggjorde imidlertid en artikel i januar 2019, hvor de fandt beviser for, at mitokondrie-DNA i sjældne tilfælde kan arves fra begge forældre..

Det meste af det genetiske materiale i eukaryote celler findes i cellekernen. Imidlertid findes en lille del af DNA inde i mitokondrierne..

Det genetiske materiale inde i denne organel er kendt som mitokondrie-DNA, som er organiseret i et cirkulært kromosom, som hos pattedyr er mellem 16.000 og 16.800 basepar i længden..

Mutationer i mitokondrie-DNA er blevet observeret for at forårsage alvorlige sygdomme hos individer, og i de fleste tilfælde arves sygdommene kun fra mødre til børn, når maternel mitokondrier har mutationer i deres DNA..

Alle efterkommernes mitokondrier kommer fra en lille gruppe mitokondrier, der er til stede i æg, når øjeblikket med dannelse af zygote (fusion af æg og sæd), derfor er mitokondrierne i de fleste tilfælde kun arvet fra hans mor.

Artikelindeks

• 1 Fusion af kønsceller og overførsel af mitokondrier
• 2 Biparental arv
• 3 applikationer
• 4 Patologier og forebyggelser
• 5 Referencer

Fusion af kønsceller og overførsel af mitokondrier

På tidspunktet for befrugtning af ægformen (kvindelig kønsceller) bidrager sædcellerne eller den mandlige kønsceller et par mitokondrier til det udviklende embryo.

Dette bidrag forekommer på det tidspunkt, hvor sædcellerne kommer i kontakt med ægplasmamembranen, da begge membraner smelter sammen, og sædcellerne kommer ind i ægformens cytoplasma og tømmer dets indre indhold der.

I de fleste taxaer i dyreriget er der en "tendens" til arv i en klonal eller uniparental form af mitokondrier og mitokondrie-DNA (næsten altid med hensyn til mødrene). I nogle dyrefamilier er der ødelæggelsesmekanismer for faderlig mitokondrier transmitteret af sædceller.

Ægget hos pattedyr har hundredvis af mitokondrier, som repræsenterer ca. 1/3 af det samlede DNA, som disse kønsceller har; mens sæd kun har få i et mellemliggende område mellem flagellum og hoved.

Humane æg har mere end 100.000 kopier af mitokondrie-DNA; i mellemtiden har sædcellerne kun ca. 100, men mængden varierer afhængigt af den pågældende art.

Dette gør det tydeligt, at langt størstedelen af ​​mitokondrier i efterkommernes celler er af maternel transmission. Derfor, hvis ovokulenes mitokondrier udgør skadelige eller skadelige mutationer, vil disse mutationer blive overført til deres efterkommere..

Biparental arv

Videnskabsmanden Hutchinson var i 1974 en af ​​de første til at bekræfte, at arv af mitokondrier fandt sted på en streng maternel (matrilineal) måde. I begyndelsen af ​​det 20. århundrede bemærkede White og kolleger imidlertid, at mitokondrie-arv i nogle muslinger ikke var strengt moder..

Senere, i 2008, blev denne observation i muslinger udpeget som en type "heteroplasmi", der henviser til "lækage" af mitokondrier og miternal mitokondrie-DNA i afkom..

Mange flere observationer identificerede tilstedeværelsen af ​​faderlig mitokondrier og mitokondrie-DNA i muslinger som naturlig..

Shiyu Luo og kolleger identificerede tre personer fra tre menneskelige familier med usædvanlig mitokondrie-DNA-heteroplasmi. Disse heteroplasmier kunne ikke forklares ved nedstigningen af ​​mitternes mitokondrie-DNA, så disse forfattere udførte næste generations sekventering af mitokondrie-DNA fra begge forældre og begge bedsteforældre til de tre mennesker..

På denne måde blev den usædvanlige heteroplasmi identificeret som et produkt af bidraget fra mitokondrie-DNA fra begge bedsteforældre, bedstemor og bedstefar. Derudover identificerede forfatterne to yderligere ikke-relaterede familier, der udviste biparental mitokondrie transmission..

Denne forskning var den første rapport om mitokondrie arv på en biparental måde hos mennesker..

Luo et al. Foreslå, at heteroplasmi på grund af transmission af miternal mitokondrie-DNA er savnet i diagnoser, når det ikke forårsager nogen sygdom hos de personer, der bærer det..

Ansøgninger

Mitokondrie-DNA blev introduceret i populationsgenetik, fylogeni og evolutionære undersøgelser af Dr. John C. Avise i 1979, og i dag er dette et af de mest kraftfulde værktøjer til undersøgelse af populationsgenetik hos alle levende væsener.

Ved at spore genealogien for mitokondrie-DNA hos mennesker er der blevet udført en enorm mængde genetiske undersøgelser for at forsøge at bestemme menneskehedens oprindelse nøjagtigt..

Selv baseret på maternelt mitokondrie-DNA er det blevet bestemt, at alle mennesker i verden kan klassificeres i omkring 40 forskellige grupper af mitokondrie-haplotyper, tæt knyttet til forskellige geografiske områder i verden..

Mange kommercielle huse som "Oxford Ancestor" tilbyder at spore alle forfædre til mennesker ved hjælp af arv af mitokondrie-DNA..

Oxford Ancestor-grundlægger Bryan Sykes brugte mitokondrie-DNA til at klassificere alle europæere i klaner grundlagt af "Seven Daughters of Eve." Dette er titlen, som Sykes tildelte en bog, han skrev, og forsøgte at spore oprindelsen til alle europæere.

I sin bog følger Bryan Sykes mitokondrielle arv fra alle europæiske borgere gennem sekventeringen af ​​mitokondrie-DNA fra tusinder af mennesker og finder oprindelsen til alle europæere hos syv kvinder, der eksisterede før den sidste istid for 45.000 år siden..

Patologier og forebyggelser

Skadelige mutationer i mitokondrie-DNA-gener forårsager flere sygdomme på systemisk niveau. Disse mutationer kan overføres ved mitokondrie arv gennem moderen og sjældent fra faderen..

En mutation i mitokondrie-DNA kan forårsage problemer på grund af fravær eller beskadigelse af de enzymer, der er involveret i cellulær respiration. Denne skade fører til en reduktion i ATP-forsyningen af ​​cellerne, hvilket får kroppens systemer til at fungere forkert..

Men ved mange lejligheder arver folk forskellige typer mitokondrier fra deres mødre, nogle funktionelle og andre mangelfulde; derfor kan mitokondrier med funktionelle gener kompensere for funktionsfejl ved defekte mitokondrier.

I øjeblikket forskes der i at overføre cellekerner, der kan give kvinder, der lider af sygdomme på grund af skadelige mutationer i mitokondrier, at få sunde børn..

Metoden til at overføre kerner består i at ekstrahere cellekernen fra moderens æg med de berørte mitokondrier og indsætte den i normale donerede æg, hvorfra cellekernen tidligere er blevet ekstraheret..

Derefter kan ægget befrugtes med sæd fra patientens partner i en in vitro. Denne teknik har skabt kontrovers, fordi de undfangne ​​fostre ville have DNA fra tre forskellige forældre.

Referencer

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 genetik og genomik, artikel 4-Arvsmønstre. Biologisk forskning inden for sygepleje, 19 (4), 465-472.
3. Avise, J. C., Giblin-Davidson, C., Laerm, J., Patton, J. C., & Lansman, R. A. (1979). Mitokondrie-DNA-kloner og matriarkal fylogeni inden for og blandt geografiske populationer af lommegoferen, 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). Dynamik af mitokondrie arv i udviklingen af ​​binære parringstyper og to køn. 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). Maternel arv af mitokondrie-DNA fra pattedyr. Nature, 251 (5475), 536.
6. McWilliams, T. G., og Suomalainen, A. (2019). Skæbnen til en fars mitokondrier. Nature, 565 (7739), 296-297.
7. Sutovsky, P. (2019). Cellulær og molekylær basis for mitokondriearv. Springer.