Гомоплазмия
Идентичность последовательностей ДНК органелл в клетке
Клетка в верхнем левом углу является гетероплазматической, что показано нормальными митохондриями фиолетового цвета и митохондриями с мутацией мтДНК красного цвета. По мере деления этой клетки митохондрии реплицируются и независимо сортируются в дочерние клетки. Это приводит как к положительной, так и к отрицательной (клетка показана красным цветом) гомоплазмии.

Гомоплазмия — это термин, используемый в генетике для описания эукариотической клетки , копии митохондриальной ДНК которой идентичны. [1] В нормальных и здоровых тканях все клетки гомоплазматичны. [2] Гомоплазматические копии митохондриальной ДНК могут быть нормальными или мутированными; [1] однако большинство мутаций являются гетероплазматическими [2] [3] (встречаются только в некоторых копиях митохондриальной ДНК). Однако было обнаружено, что гомоплазматические мутации митохондриальной ДНК могут быть обнаружены в опухолях человека. [4]

Этот термин может также относиться к однородности растительной пластидной ДНК, возникающей естественным путем или иным образом. [ необходима цитата ]

Наследование

Почти у каждого вида митохондриальная ДНК наследуется по материнской линии. [2] Это означает, что все потомство самки будет иметь идентичную и гомоплазматическую митохондриальную ДНК. Самки очень редко передают гетероплазматические или гомоплазматические мутации из-за генетического бутылочного горлышка, когда только несколько из многих митохондрий фактически передаются потомству. [2]

Мидия Mytilus edulis является аномалией с точки зрения наследования митохондриальной ДНК. В отличие от почти всех животных, этот вид имеет двуродительское наследование митохондриальной ДНК, что означает, что и самец, и самка вносят митохондрии в потомство. Это было обнаружено, когда исследователи поняли, что большинство особей популяции Mytilus edulis были гетероплазматическими. [5] Исследователи также полагают, что это может быть побочным продуктом гибридизации видов. [5]

Мутации

Существуют доказательства как гомоплазматических, так и гетероплазматических наследственных мутаций, которые приводят к заболеванию, хотя гетероплазматические мутации обычно являются предшественниками гомоплазматического заболевания. [6] [7] Многие заболевания, возникающие в результате мутаций в митохондриальной ДНК, не наследуются, а развиваются, поскольку нетранслируемая область митохондриальной ДНК (мтДНК) считается особенно восприимчивой к мутации. [8] Многие типы рака являются результатом мутаций в мтДНК. Например, было обнаружено, что определенный тип мутации в одной определенной области мтДНК присутствует в нескольких различных типах опухолей. [9]

Митохондрии часто подвергаются делению и слиянию, что означает, что разные органеллы в одной клетке могут сливаться вместе, чтобы стать одной митохондрией, или могут распадаться и становиться двумя. [10] Этот процесс может быть использован для смягчения последствий гетероплазматических мутаций. Каждая митохондрия имеет несколько нуклеоидов , которые состоят из нескольких копий мтДНК, и когда митохондрии сливаются вместе, эти нуклеоиды не обмениваются ДНК; поэтому, если две митохондрии с разной ДНК сливаются вместе, у них будет только два типа нуклеоидов. Это означает, что слияние может быть использовано для создания комплементарных нуклеоидов, если мутация приводит к тому, что одна митохондрия больше не функционирует. Кроме того, деление может привести к тому, что одна митохондрия с двумя разными нуклеоидами станет двумя митохондриями, каждая из которых имеет только один тип нуклеоида. [10] Некоторые исследователи полагают, что это может быть полезным инструментом для лечения заболеваний, вызванных мутациями в мтДНК. [10]

Наследственные гомоплазматические заболевания

Наследственная оптическая нейропатия Лебера

Наследственная оптическая нейропатия Лебера (LHON) — это заболевание у людей, которое чаще всего ассоциируется с гомоплазмией. [7] Это состояние характеризуется атрофией ганглиозных клеток сетчатки , что приводит к центральной слепоте и в конечном итоге к полной слепоте. [11] Хотя оно передается по материнской линии, оно чаще встречается у молодых мужчин, чем в других возрастах или полах, что заставляет исследователей полагать, что существует множество других генетических или экологических факторов, которые способствуют развитию заболевания. [11] В частности, исследователи считали, что генетический компонент за пределами митохондрий будет находиться на Х-хромосоме; однако в многочисленных исследованиях не было никаких результатов, которые бы это предполагали. [12] [13] Было показано, что экологические факторы, в частности сигаретный дым , влияют на пенетрантность LHON . [11] В одном исследовании конденсат сигаретного дыма использовался для демонстрации воздействия курения на клетки с мутацией LHON. Все клетки были гомоплазматическими, но некоторые были от людей, которые были поражены LHON, а некоторые были от людей, которые были просто носителями. Исследователи обнаружили, что конденсат сигаретного дыма снизил количество митохондрий в клетках, но что люди-носители были способны лучше компенсировать, чем люди с LHON. [11] Хотя существует аддитивный эффект окружающей среды, [11] еще многое предстоит узнать о том, почему у некоторых гомоплазматичных людей есть болезнь, а у других нет.

Рак

Некоторые исследования показали, что наследственная гетероплазматическая мутация может вызывать рак в пожилом возрасте, поскольку клетки становятся гомоплазматическими. [6] В одном исследовании врачи обнаружили, что опухоль больного раком состояла только из гомоплазматических клеток с мутантной мтДНК, а здоровые клетки в его организме были гетероплазматическими для мутантной мтДНК. [6] Кроме того, исследователи обнаружили, что у братьев и сестер пациента была такая же гетероплазматическая мутация. Это указывает на то, что гетероплазматическая мутация была унаследована и со временем привела к гомоплазматическим клеткам, вызывающим рак. [6]

Смотрите также

Примечания и ссылки

  1. ^ ab Heteroplasmy vs. Homoplasmy. Медицинский факультет Университета Майами. Доступ 21 октября 2012 г.
  2. ^ abcd Димауро, Сальваторе ; Дэвидзон, Гвидо (2005). «Митохондриальная ДНК и болезнь». Annals of Medicine . 37 (3): 222– 232. doi : 10.1080/07853890510007368 . PMID  16019721. S2CID  11114978.
  3. ^ Ballana, E.; Govea, N.; de Cid, R.; Garcia, C.; Arribas, C.; Rosell, J.; Estivill, X. (2008). «Обнаружение нераспознанной низкоуровневой гетероплазмии мтДНК может объяснить изменчивую фенотипическую экспрессивность явно гомоплазматических мутаций мтДНК». Hum. Mutat . 29 (2): 248– 257. doi : 10.1002/humu.20639 . PMID  17999439. S2CID  25493822.
  4. ^ Коллер, HA; Храпко, K; Бодяк, ND; Нехаева, E; Эрреро-Хименес, P; Тилли, WG (2001). «Высокая частота гомоплазматических мутаций митохондриальной ДНК в опухолях человека может быть объяснена без отбора». Nature Genetics . 28 (2): 147– 50. doi :10.1038/88859. PMID  11381261. S2CID  11929018.
  5. ^ ab Hoeh, Walter R.; Blakley, Karen H.; Brown, Wesley M. (1 января 1991 г.). «Гетероплазмия предполагает ограниченное двуродительское наследование митохондриальной ДНК Mytilus». Science . 251 (5000): 1488– 1490. Bibcode :1991Sci...251.1488H. doi :10.1126/science.1672472. JSTOR  2875830. PMID  1672472.
  6. ^ abcd Гаспар, Джузеппе; Йоммарини, Луиза; Порчелли, Анна Мария; Ланг, Мартин; Ферри, Джан Гаэтано; Курелак, Ивана; Зунтини, Роберта; Мариани, Элиза; Пенниси, Люсия Фьяметта (1 марта 2009 г.). «Наследственная разрушительная мутация митохондриальной ДНК переходит в гомоплазмию в онкоцитарных опухолевых клетках». Человеческая мутация . 30 (3): 391–396 . doi : 10.1002/humu.20870 . ISSN  1098-1004. PMID  19086058. S2CID  33063313.
  7. ^ ab Wallace, Douglas C.; Singh, Gurparkash; Lott, Marie T.; Hodge, Judy A.; Schurr, Theodore G.; Lezza, Angela MS; Elsas, Louis J.; Nikoskelainen, Eeva K. (1988). "Мутация митохондриальной ДНК, связанная с наследственной оптической нейропатией Лебера". Science . 242 (4884): 1427– 1430. Bibcode :1988Sci...242.1427W. doi :10.1126/science.3201231. JSTOR  1702331. PMID  3201231.
  8. ^ Lightowlers, Robert N.; Chinnery, Patrick F.; Turnbull, Douglass M.; Howell, Neil (1997). "Митохондриальная генетика млекопитающих: наследственность, гетероплазмия и болезнь" (PDF) . Trends in Genetics . 13 (11): 450– 455. doi :10.1016/S0168-9525(97)01266-3. PMID  9385842 . Получено 8 февраля 2016 г. .
  9. ^ Гаспарре, Джузеппе; Порчелли, Анна Мария; Бонора, Елена; Пенниси, Люсия Фьямметта; Толлер, Маттео; Иоммарини, Луиза; Гелли, Анна; Моретти, Массимо; Беттс, Кристин М. (22 мая 2007 г.). «Нарушающие мутации митохондриальной ДНК в субъединицах комплекса I являются маркерами онкоцитарного фенотипа при опухолях щитовидной железы». Труды Национальной академии наук . 104 (21): 9001– 9006. Bibcode : 2007PNAS..104.9001G. doi : 10.1073/pnas.0703056104 . ISSN  0027-8424. PMC 1885617. PMID 17517629  . 
  10. ^ abc Gilkerson, Robert W.; Schon, Eric A.; Hernandez, Evelyn; Davidson, Mercy M. (30 июня 2008 г.). «Митохондриальные нуклеоиды поддерживают генетическую автономию, но допускают функциональную комплементарность». The Journal of Cell Biology . 181 (7): 1117– 1128. doi :10.1083/jcb.200712101. ISSN  0021-9525. PMC 2442202 . PMID  18573913. 
  11. ^ abcde Giordano (2015). «Токсичность сигарет вызывает наследственную оптическую нейропатию Лебера, влияя на количество копий мтДНК, окислительное фосфорилирование и пути детоксикации ROS». Смерть клеток и заболевания . 6 (12): e2021. doi :10.1038/cddis.2015.364. PMC 4720897. PMID 26673666  . 
  12. ^ Пегораро, Елена; Веттори, Андреа; Валентино, Мария Л.; Молон, Аннамария; Мостаччуоло, Мария Л.; Хауэлл, Нил; Карелли, Валерио (15 мая 2003 г.). «Х-инактивационный паттерн в нескольких тканях у двух пациентов с наследственной оптической нейропатией Лебера (LHON)». Американский журнал медицинской генетики, часть A. 119A ( 1): 37– 40. doi :10.1002/ajmg.a.10211. ISSN  1552-4833. PMID  12707956. S2CID  19349243.
  13. ^ Handoko, HY; Wirapati, PJ; Sudoyo, HA; Sitepu, M.; Marzuki, S. (1 августа 1998 г.). «Картирование мейотических точек разрыва предложенного локуса восприимчивости к потере зрения, связанного с Х-хромосомой, при наследственной оптической нейропатии Лебера». Journal of Medical Genetics . 35 (8): 668– 671. doi :10.1136/jmg.35.8.668. ISSN  1468-6244. PMC 1051394 . PMID  9719375. 
  • Наследственная оптическая нейропатия Лебера
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Гомоплазма&oldid=1187137393"