MITOKONDRIYAL KALITIM: UYGULAMALAR, PATOLOJILER, ÖNLEMLER - BIYOLOJI - 2025

Mitokondriyal kalıtım "mitokondri" olarak adlandırılan organel ile mitokondriyal DNA iletimi ve onun soyundan ebeveynden oluşur. Tipik olarak, kalıtım yalnızca maternal mitokondriden, "anasoylu" bir tarzda meydana gelir.

Ancak Shiyu Luo ve meslektaşları Ocak 2019'da, nadir durumlarda mitokondriyal DNA'nın her iki ebeveynden de miras alınabileceğine dair kanıt buldukları bir makale yayınladılar.

Mendel kalıtım kalıpları ile Mitokondriyal kalıtım kalıpları (Kaynak: BQmUB2011167, Wikimedia Commons aracılığıyla)

Ökaryotik hücrelerdeki genetik materyalin çoğu hücre çekirdeğinde bulunur. Bununla birlikte, mitokondrinin içinde DNA'nın küçük bir kısmı bulunur.

Bu organel içindeki genetik materyal, memelilerde uzunluğu 16.000 ila 16.800 baz çifti arasında olan dairesel bir kromozomda düzenlenen mitokondriyal DNA olarak bilinir.

Mitokondriyal DNA'daki mutasyonların bireylerde ciddi hastalıklara neden olduğu gözlemlenmiştir ve çoğu durumda hastalıklar, anneden gelen mitokondri DNA'larında mutasyonlara sahip olduğunda sadece anneden çocuğa geçer.

Torunların tüm mitokondrileri, zigot oluşum anı gerçekleştiğinde (yumurta ve spermin füzyonu) yumurtada bulunan küçük bir mitokondri grubundan gelir, bu nedenle çoğu durumda fetüsün mitokondrileri yalnızca kalıtsaldır. annesinden.

Gametlerin füzyonu ve mitokondri transferi

Ovumun (dişi gamet) döllenmesi sırasında, sperm veya erkek gamet, gelişmekte olan embriyoya birkaç mitokondriya katkıda bulunur.

Bu katkı, spermin yumurtanın plazma zarı ile temas ettiği anda meydana gelir, çünkü her iki zar da kaynaşır ve sperm yumurtanın sitoplazmasına girerek iç içeriğini boşaltır.

Hayvan krallığının çoğu taksonunda, mitokondri ve mitokondriyal DNA'nın klonal veya uniparental formunda kalıtıma doğru bir "eğilim" vardır (neredeyse her zaman annelere göre). Bazı hayvan ailelerinde, sperm hücreleri tarafından taşınan baba mitokondrileri için yıkım mekanizmaları vardır.

Memelilerdeki yumurtada, bu cinsiyet hücrelerinin sahip olduğu toplam DNA'nın yaklaşık 1 / 3'ünü temsil eden yüzlerce mitokondri vardır; Spermin flagellum ile kafa arasındaki ara bölgede sadece birkaç tane bulunur.

İnsan yumurtaları 100.000'den fazla mitokondriyal DNA kopyasına sahiptir; bu arada, spermde sadece 100 civarında bulunur, ancak miktarı söz konusu türe göre değişir.

Bu, torunların hücrelerindeki mitokondrinin büyük çoğunluğunun anneden bulaştığını kanıtlıyor. Bu nedenle, yumurtaların mitokondrileri zararlı veya zararlı mutasyonlar içeriyorsa, bu mutasyonlar onların soyundan gelenlere aktarılacaktır.

Biparental kalıtım

Bilim adamı Hutchinson, 1974'te mitokondrinin kalıtımının kesinlikle maternal (anasoylu) bir şekilde gerçekleştiğini doğrulayan ilk kişilerden biriydi. Bununla birlikte, 20. yüzyılın başında White ve meslektaşları, bazı midyelerde mitokondriyal mirasın tam anlamıyla annelik olmadığını gözlemlediler.

Daha sonra, 2008'de midyelerdeki bu gözlem, mitokondri ve baba mitokondriyal DNA'nın yavrulara "sızmasına" atıfta bulunan bir tür "heteroplazi" olarak tanımlandı.

Daha birçok gözlem midyelerde baba mitokondri ve mitokondriyal DNA varlığını doğal olarak tanımladı.

Shiyu Luo ve meslektaşları, olağandışı mitokondriyal DNA heteroplazisine sahip üç insan ailesinden üç kişiyi tanımladı. Bu heteroplazmalar, maternal mitokondriyal DNA'nın inişiyle açıklanamaz, bu nedenle bu yazarlar, üç kişinin hem ebeveynlerinin hem de büyükanne ve büyükbabasının mitokondriyal DNA'sının yeni nesil dizilimini gerçekleştirdi.

Bu şekilde, alışılmadık heteroplazi, hem büyükanne, büyükanne hem de büyükbabadan mitokondriyal DNA'nın katkısının bir ürünü olarak tanımlandı. Ek olarak, yazarlar, biparental mitokondriyal iletim sergileyen iki ek ilgisiz aile tanımladılar.

Bu araştırma, insanlarda iki ebeveynli bir şekilde mitokondriyal kalıtım üzerine ilk rapordur.

Luo ve arkadaşları, paternal mitokondriyal DNA geçişine bağlı heteroplazinin, onu taşıyan bireylerde herhangi bir hastalığa neden olmadığında tanılarda gözden kaçtığını öne sürüyorlar.

Uygulamalar

Mitokondriyal DNA, 1979'da Dr.John C.Avise tarafından popülasyon genetiği, soyoluş ve evrimsel çalışmalara tanıtıldı ve bugün bu, tüm popülasyon genetiğini incelemek için en güçlü araçlardan biridir. canlı varlıklar.

İnsan mitokondriyal DNA'sının soyunun izini sürerek, insanlığın kökenini tam olarak belirlemeye çalışmak için muazzam miktarda genetik çalışma gerçekleştirildi.

Hatta maternal mitokondriyal DNA'ya dayanarak, dünyadaki tüm insanların, dünyanın farklı coğrafi bölgeleri ile yakından ilişkili yaklaşık 40 farklı mitokondriyal haplotip grubuna sınıflandırılabileceği belirlendi.

"Oxford Atası" gibi birçok ticari ev, mitokondriyal DNA'nın kalıtımını kullanarak insanların tüm atalarının izini sürmeyi teklif ediyor.

Oxford Atasının kurucusu Bryan Sykes, tüm Avrupalıları "Havva'nın Yedi Kızları" tarafından kurulan klanlar halinde sınıflandırmak için mitokondriyal DNA kullandı. Bu, Sykes'in tüm Avrupalıların kökeninin izini sürmeye çalıştığı bir kitaba verdiği isimdir.

Bryan Sykes, kitabında, tüm Avrupalıların 45.000 yıl önce son buzul çağından önce yaşamış yedi kadında tüm Avrupalıların kökenini tespit ederek, binlerce insanın mitokondriyal DNA'sının sıralanması yoluyla tüm Avrupa vatandaşlarının mitokondriyal mirasını takip ediyor.

Patolojiler ve önlemler

Mitokondriyal DNA genlerindeki zararlı mutasyonlar, sistemik düzeyde çok sayıda hastalığa neden olur. Bu mutasyonlar, anne ve nadiren baba aracılığıyla mitokondriyal kalıtım yoluyla bulaşabilir.

Mitokondriyal DNA'daki bir mutasyon, hücresel solunumla ilgili enzimlerin yokluğu veya hasarı nedeniyle sorunlara neden olabilir. Bu hasar, hücrelerin ATP beslemesinde bir azalmaya yol açarak vücudun sistemlerinin arızalanmasına neden olur.

Bununla birlikte, birçok durumda insanlar annelerinden çeşitli mitokondri türlerini miras alırlar, bazıları işlevsel ve diğerleri kusurludur; bu nedenle, fonksiyonel genlere sahip mitokondri, hatalı mitokondrinin arızasını telafi edebilir.

Mitokondriyal patolojilerin "anasoylu" yol (mitokondriyal kalıtım) yoluyla bulaşma şekli (Kaynak: ghr.nlm.nih.gov, Wikimedia Commons aracılığıyla)

Şu anda, mitokondrideki zararlı mutasyonların neden olduğu hastalıklardan muzdarip kadınların sağlıklı çocuk sahibi olmasına izin verebilecek hücre çekirdeklerini transfer etmek için araştırmalar yapılmaktadır.

Çekirdek transfer yöntemi, etkilenen mitokondri ile anne yumurtasından hücre çekirdeğinin çıkarılması ve daha önce hücre çekirdeğinin ekstrakte edildiği normal bağışlanmış ovüllere yerleştirilmesinden oluşur.

Daha sonra yumurta, hastanın partnerinden alınan sperm ile in vitro olarak döllenebilir. Bu teknik tartışma yarattı çünkü gebe kalan fetüsler üç farklı ebeveynin DNA'sına sahip olacaktı.

Referanslar

1. Adam, MP, Ardinger, HH, Pagon, RA, Wallace, SE, Bean, LJH, Stephens, K., & Amemiya, A. Mitokondriyal Bozukluklara Genel Bakış - GeneReviews®.
2. Aiello, LB ve Chiatti, BD (2017). Genetik ve genomikte astar, makale 4-Kalıtım kalıpları. Hemşirelik için biyolojik araştırma, 19 (4), 465-472.
3. Avise, JC, Giblin-Davidson, C., Laerm, J., Patton, JC ve Lansman, RA (1979). Mitokondriyal DNA klonları ve cep sincap Geomys pinetis'in coğrafi popülasyonları içinde ve arasında anaerkil filogeni. Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri, 76 (12), 6694-6698.
4. Hadjivasiliou, Z., Lane, N., Seymour, RM ve Pomiankowski, A. (2013). İkili çiftleşme türlerinin ve iki cinsiyetin evriminde mitokondriyal kalıtım dinamikleri. Kraliyet Topluluğu B Bildirileri: Biyolojik Bilimler, 280 (1769), 20131920.
5. HUTCHISON III, CA, Newbold, JE, Potter, SS ve Edgell, MH (1974). Memeli mitokondriyal DNA'sının maternal kalıtımı. Doğa, 251 (5475), 536.
6. McWilliams, TG ve Suomalainen, A. (2019). Bir babanın mitokondrisinin kaderi. Nature, 565 (7739), 296-297.
7. Sutovsky, P. (2019). Mitokondriyal Kalıtımın Hücresel ve Moleküler Temeli. Springer.