Genom mitochondrialny człowieka

DNA mitochondrialne, mtDNA – materiał genetyczny w postaci kolistego DNA znajdujący się w macierzy mitochondrium ( łac. matrix). Obecność DNA tłumaczona jest teorią endosymbiotycznego pochodzenia tych organelli .

Pojedyncze ludzkie mitochondrium zawiera 4–10 kolistych cząsteczek DNA o długości 16569 par zasad , z których każda koduje 37 genów . 13 z nich to geny kodujące białka , 22 kodują transferowe RNA (tRNA), a dwa ostatnie – rybosomalne RNA (rRNA). Białka kodowane przez mtDNA to część mitochondrialnych białek łańcucha oddechowego , jednak większość białek wchodzących w jego skład jest kodowana przez genom jądrowy . Kod genetyczny mitochondriów różni się od kodu genetycznego w genomie jądrowym. UGA (jądrowy kodon STOP) w mitochondriach oznacza tryptofan , AUA ( izoleucyna ) – metioninę , a AGA i AGG ( arginina ) są mitochondrialnymi kodonami STOP. Geny mitochondrialne ludzi nie zawierają intronów . Nici pojedynczej cząsteczki mtDNA są oznaczane jako H ( ang. heavy – ciężka) i L (ang. light – lekka). Geny leżą na obydwu niciach. Na nici lekkiej transkrypcja rozpoczyna się z jednego promotora , a na nici ciężkiej z dwóch.

Dziedziczenie genomu mitochondrialnego

Różne mitochondria w tej samej komórce mogą zawierać różniące się od siebie cząsteczki mtDNA, nawet w pojedynczym mitochondrium nie wszystkie cząsteczki muszą być jednakowe. To rzadkie zjawisko nazywa się heteroplazmią . U ssaków mitochondria wraz ze znajdującym się w nich mtDNA są przekazywane następnym pokoleniom niemal wyłącznie w linii żeńskiej. U myszy zaobserwowano, że pochodzące od ojca mitochondria (wraz z zawartym w nich DNA) są niszczone we wczesnych fazach rozwoju zygoty . U innych organizmów wygląda to inaczej, np. u ogórka mitochondria dziedziczą się w linii męskiej. Podczas podziału komórki mitochondria rozdzielane są losowo do potomnych komórek.

Choroby mitochondrialne

Mutacje w genach mitochondrialnych powodują choroby genetyczne , których objawy dotyczą głównie tkanek o największym zapotrzebowaniu energetycznym - mięśniowej i nerwowej. Choroby te mają charakterystyczny, matczyny wzór dziedziczenia. Ponadto zróżnicowanie mtDNA w poszczególnych mitochondriach i komórkach wpływa na nasilenie objawów choroby. Przykładami chorób związanych z mutacjami w genomie mitochondrialnym są: LHON – dziedziczna neuropatia wzrokowa Lebera, NARP – neuropatia obwodowa z ataksją i barwnikowym zwyrodnieniem siatkówki, MERF – padaczka miokloniczna z nieprawidłowymi czerwonymi włóknami mięśniowymi, zespół MELAS – encefalopatia mitochondrialna z kwasicą mleczanową i epizodami podobnymi do udaru mózgu, zespół Leigha . Szacuje się, że na choroby mitochondrialne zapada 1 na 15 000 osób. Leczenie chorób mitochondrialnych jest objawowe.

Zastosowania genomu mitochondrialnego w nauce

DNA mitochondrialny jest wykorzystywany w genetyce populacyjnej ^[1] i medycynie sądowej. Służą do tego obszary hiperzmienne mitochondrialnego DNA – niekodujące fragmenty genomu mitochondrialnego o wysokim zróżnicowaniu u poszczególnych ludzi. Hiperzmienny region 1 (HVR1) obejmuje sekwencję 16024-16365, a hiperzmienny region 2 – sekwencję 73-340. Porównanie DNA mitochondriów pochodzących od ludzi wywodzących się z różnych grup etnicznych pozwoliło na obliczenie, kiedy żyła mitochondrialna Ewa – kobieta, od której wywodzą się wszyscy współcześni ludzie (a właściwie ich genom mitochondrialny). Ze względu na obfitość mitochondrialnego aDNA w komórkach częściej udaje się uzyskać go z materiałów kopalnych. Dzięki temu poznano genom mitochondrialny neandertalczyka wcześniej, niż zaczęto sekwencjonować jego genom jądrowy. W genomie mitochondrialnym neandertalczyka nie znaleziono sekwencji hiperprzmiennych występujących współcześnie.

Zobacz też

• Chloroplastowe DNA (ChlDNA)

Przypisy

Bibliografia

• Kaneda H, Hayashi J, Takahama S, Taya C, Lindahl KF, Yonekawa H. Elimination of paternal mitochondrial DNA in intraspecific crosses during early mouse embryogenesis. PNAS 1995,92(10):4542-6 ( ang. )
• Serre et al. No Evidence of Neandertal mtDNA Contribution to Early Modern Humans, PLoS Biol 2004, 2(3): e57 ( ang. )

Linki zewnętrzne

• Bartnik E : Ludzki genom mitochondrialny - mutacje, polimorfizmy i choroby
• Zimmermann-Górska I: Miopatie mitochondrialne – artykuł o chorobach mitochondrialnych w czasopiśmie Terapia (PDF)