☵ Mitochondriálna DNA. Mitochondriálna DNA a rodinná anamnéza Mitochondriálne genómy

DNA v mitochondriách predstavujú cyklické molekuly, ktoré netvoria väzby s histónmi, pripomínajú bakteriálne chromozómy.
U ľudí obsahuje mitochondriálna DNA 16,5 tisíc bp, je úplne dešifrovaná. Zistilo sa, že mitochondriálna DNA rôznych objektov je veľmi homogénna, ich rozdiel spočíva len vo veľkosti intrónov a neprepisovaných oblastí. Celá mitochondriálna DNA je reprezentovaná viacerými kópiami, zhromaždenými v skupinách alebo zhlukoch. Jedna mitochondria pečene potkana teda môže obsahovať 1 až 50 cyklických molekúl DNA. Celkové množstvo mitochondriálnej DNA na bunku je asi jedno percento. Syntéza mitochondriálnej DNA nie je spojená so syntézou DNA v jadre. Rovnako ako u baktérií, mitochondriálna DNA sa zhromažďuje v oddelenej zóne - nukleoide, jej veľkosť je asi 0,4 mikrónu v priemere. Dlhé mitochondrie môžu mať 1 až 10 nukleoidov. Keď sa delí dlhá mitochondria, oddelí sa od nej časť obsahujúca nukleoid (podobne ako pri binárnom štiepení baktérií). Množstvo DNA v jednotlivých mitochondriálnych nukleoidoch môže v závislosti od typu bunky kolísať až 10-násobne. Keď mitochondrie splynú, ich vnútorné zložky sa môžu vymeniť.
rRNA a ribozómy mitochondrií sa výrazne líšia od ribozómov v cytoplazme. Ak sa v cytoplazme nachádzajú ribozómy 80. rokov, potom ribozómy mitochondrií rastlinných buniek patria k ribozómom 70. rokov (pozostávajú z podjednotiek 30. a 50. rokov, obsahujú 16. a 23. RNA, charakteristické pre prokaryotické bunky) a menšie ribozómy (približne 50. rokov) sa nachádzajú. mitochondrie živočíšnych buniek. V mitoplazme dochádza k syntéze proteínov na ribozómoch. Zastavuje sa, na rozdiel od syntézy na cytoplazmatických ribozómoch, pôsobením antibiotika chloramfenikolu, ktorý potláča syntézu bielkovín v baktériách.
Transferové RNA sa syntetizujú aj na mitochondriálnom genóme, celkovo sa syntetizuje 22 tRNA. Tripletový kód mitochondriálneho syntetického systému je odlišný od kódu používaného v hyaloplazme. Napriek prítomnosti zdanlivo všetkých zložiek nevyhnutných na syntézu proteínov, malé molekuly mitochondriálnej DNA nedokážu kódovať všetky mitochondriálne proteíny, iba ich malú časť. DNA má teda veľkosť 15 tisíc bp. môže kódovať proteíny s celkovou molekulovou hmotnosťou približne 6x105. Zároveň celková molekulová hmotnosť proteínov častice kompletného respiračného súboru mitochondrií dosahuje hodnotu asi 2x106.

Ryža. Relatívne veľkosti mitochondrií v rôznych organizmoch.

Je zaujímavé sledovať osud mitochondrií v kvasinkových bunkách. V aeróbnych podmienkach majú kvasinkové bunky typické mitochondrie s jasne definovanými kristami. Keď sa bunky prenesú do anaeróbnych podmienok (napríklad keď sa subkultivujú alebo keď sa prenesú do dusíkovej atmosféry), v ich cytoplazme sa nezistia typické mitochondrie a namiesto toho sú viditeľné malé membránové vezikuly. Ukázalo sa, že za anaeróbnych podmienok kvasinkové bunky neobsahujú kompletný dýchací reťazec (chýbajú cytochrómy b a a). Pri prevzdušnení kultúry dochádza k rýchlej indukcii biosyntézy respiračných enzýmov, prudkému zvýšeniu spotreby kyslíka a v cytoplazme sa objavia normálne mitochondrie.
Osídlenie ľudí na Zemi

05.05.2015 13.10.2015

Všetky informácie o stavbe ľudského tela a jeho predispozícii k chorobám sú zašifrované vo forme molekúl DNA. Hlavná informácia sa nachádza v bunkových jadrách. Avšak 5 % DNA je lokalizovaných v mitochondriách.

Ako sa nazývajú mitochondrie?

Mitochondrie sú bunkové organely eukaryotov, ktoré sú potrebné na premenu energie obsiahnutej v živinách na zlúčeniny, ktoré môžu bunky absorbovať. Preto sa často nazývajú „energetické stanice“, pretože bez nich je existencia tela nemožná.
Tieto organely získali svoju vlastnú genetickú informáciu vďaka tomu, že to boli predtým baktérie. Po vstupe do buniek hostiteľského organizmu si nedokázali zachovať svoj genóm, pričom časť vlastného genómu preniesli do bunkového jadra hostiteľského organizmu. Preto teraz ich DNA (mtDNA) obsahuje len časť, konkrétne 37 génov, z pôvodného množstva. Šifrujú predovšetkým mechanizmus premeny glukózy na zlúčeniny - oxid uhličitý a vodu s produkciou energie (ATP a NADP), bez ktorých nie je možná existencia hostiteľského organizmu.

Čo je na mtDNA jedinečné?

Hlavnou vlastnosťou mitochondriálnej DNA je, že ju možno zdediť iba po materskej línii. V tomto prípade môžu všetky deti (muži alebo ženy) dostať mitochondrie z vajíčka. Je to spôsobené tým, že samičie vajíčka obsahujú vyšší počet týchto organel (až 1000-krát) ako mužské spermie. V dôsledku toho ich dcérsky organizmus dostáva len od svojej matky. Preto je ich dedenie z otcovskej bunky úplne nemožné.
Je známe, že mitochondriálne gény nám boli odovzdané z ďalekej minulosti – od našej promotérky – „mitochondriálnej Evy“, ktorá je z matkinej strany spoločným predkom všetkých ľudí na planéte. Preto sú tieto molekuly považované za najideálnejší objekt pre genetické vyšetrenia na stanovenie materského príbuzenstva.

Ako sa určuje príbuzenstvo?

Mitochondriálne gény majú veľa bodových mutácií, vďaka čomu sú veľmi variabilné. To nám umožňuje nadviazať príbuznosť. Pri genetickom vyšetrení sa pomocou špeciálnych genetických analyzátorov - sekvenátorov zisťujú jednotlivé bodové zmeny nukleotidov v genotype, ich podobnosť alebo odlišnosť. U ľudí, ktorí nie sú príbuzní z matkinej strany, sa mitochondriálne genómy výrazne líšia.
Určenie príbuzenstva je možné vďaka úžasným vlastnostiam mitochondriálneho genotypu:
nepodliehajú rekombinácii, takže molekuly sa menia iba procesom mutácie, ktorý môže nastať v priebehu tisícročia;
možnosť izolácie od akýchkoľvek biologických materiálov;
ak je nedostatok biomateriálu alebo degradácia jadrového genómu, mtDNA sa môže stať jediným zdrojom na analýzu kvôli obrovskému počtu jej kópií;
Vďaka veľkému počtu mutácií v porovnaní s jadrovými génmi buniek sa pri analýze genetického materiálu dosahuje vysoká presnosť.

Čo sa dá zistiť genetickým testovaním?

Genetické testovanie mtDNA pomôže pri diagnostike nasledujúcich prípadov.
1. Vytvoriť príbuzenstvo medzi ľuďmi z matkinej strany: medzi starým otcom (alebo starou mamou) a vnukom, bratom a sestrou, strýkom (alebo tetou) a synovcom.
2. Pri analýze malého množstva biomateriálu. Koniec koncov, každá bunka obsahuje mtDNA vo významných množstvách (100 - 10 000), zatiaľ čo jadrová DNA obsahuje iba 2 kópie na každých 23 chromozómov.
3. Pri identifikácii starovekého biomateriálu – skladovateľnosť viac ako tisíc rokov. Práve vďaka tejto vlastnosti boli vedci schopní identifikovať genetický materiál z pozostatkov členov rodiny Romanovcov.
4. Pri absencii iného materiálu aj jeden vlas obsahuje značné množstvo mtDNA.
5. Pri určovaní príslušnosti génov ku genealogickým vetvám ľudstva (africká, americká, blízkovýchodná, európska haploskupina a iné), vďaka ktorým je možné určiť pôvod človeka.

Mitochondriálne choroby a ich diagnostika

Mitochondriálne ochorenia sa prejavujú najmä v dôsledku defektov v mtDNA buniek spojených s výraznou náchylnosťou týchto organel na mutácie. Dnes už existuje asi 400 chorôb spojených s ich defektmi.
Normálne môže každá bunka zahŕňať normálne mitochondrie aj mitochondrie s určitými poruchami. Často sa príznaky ochorenia vôbec neprejavujú. Keď však proces syntézy energie oslabuje, pozoruje sa u nich prejav takýchto chorôb. Tieto ochorenia sú primárne spojené s poruchami svalového alebo nervového systému. Spravidla pri takýchto ochoreniach dochádza k neskorému nástupu klinických prejavov. Výskyt týchto ochorení je 1:200 ľudí. Je známe, že prítomnosť mitochondriálnych mutácií môže spôsobiť nefrotický syndróm počas tehotenstva a dokonca aj náhlu smrť dojčaťa. Vedci sa preto aktívne pokúšajú vyriešiť tieto problémy spojené s liečbou a prenosom genetických ochorení tohto typu z matiek na deti.

Ako súvisí starnutie s mitochondriami?

Reorganizácia genómu týchto organel bola objavená aj pri analýze mechanizmu starnutia organizmu. Výskumníci z Hopkins University zverejnili výsledky monitorovania hladín v krvi 16 000 starších Američanov, čo dokazuje, že pokles množstva mtDNA priamo súvisel s vekom pacientov.

Väčšina dnes zvažovaných problémov sa stala základom novej vedy – „mitochondriálnej medicíny“, ktorá sa ako samostatný smer sformovala v 20. storočí. Predikcia a liečba chorôb spojených s poruchami mitochondriálneho genómu, genetická diagnostika je jej primárnou úlohou.

Značná časť čitateľov mojich blogov, samozrejme, do tej či onej miery má predstavu o podstate a povahe dedičnosti mitochondriálnej DNA. Vďaka dostupnosti komerčného testovania mnohí moji (nad)čitatelia identifikovali mitochondriálne haplotypy v jednotlivých oblastiach mitochondrií (CR, HVS1, HVS2) a niektorí majú dokonca kompletnú mitochondriálnu sekvenciu (všetkých 16571 pozícií). Mnohým sa teda podarilo objasniť svoju „hlbokú genealógiu“ a vrátiť sa k spoločnému bodu koalície všetkých v súčasnosti existujúcich ženských genetických línií. Romantickí popgenetici nazvali tento bod „mitochondriálna Eva“, hoci tento bod je stále len matematickou abstrakciou, a preto je akýkoľvek názov čisto konvenčný.

Krátka exkurzia pre začiatočníkov.
Mitochondriálna DNA (ďalej mtDNA) sa prenáša z matky na dieťa. Keďže iba ženy môžu odovzdať mtDNA svojim potomkom, testovanie mtDNA poskytuje informácie o matke, jej matke a tak ďalej prostredníctvom priamej materskej línie. Muži aj ženy dostávajú mtDNA od svojej matky, a preto sa testovania mtDNA môžu zúčastniť muži aj ženy. Hoci sa mutácie v mtDNA vyskytujú, ich frekvencia je relatívne nízka. Počas tisícok rokov sa tieto mutácie nahromadili a z tohto dôvodu je ženská línia v jednej rodine geneticky odlišná od druhej. Po rozšírení ľudstva po celej planéte sa mutácie naďalej náhodne objavovali v populáciách oddelených vzdialenosťou od kedysi zjednotenej ľudskej rasy. Z tohto dôvodu môže byť mtDNA použitá na určenie geografického pôvodu danej rodinnej skupiny. Výsledky testovania mtDNA sa porovnávajú s takzvanou „Cambridge Standard Sequence“ (CRS) – prvou sekvenciou mtDNA založenou v roku 1981 v Cambridge (*poznámka – použitie CRS ako referenčnej mitosekvencie sa v súčasnosti skúma). Výsledkom je, že vedci stanovia haplotyp skúmanej osoby. Haplotyp je vaša individuálna genetická charakteristika. Keď sa na to pozriete, mtDNA je váš súbor odchýlok od „cambridgeskej štandardnej sekvencie“. Po porovnaní vašej sekvencie so sekvenciami z databázy je určená vaša haploskupina. Haploskupina je genetická charakteristika určitej komunity ľudí, ktorí mali jednu spoločnú „prababičku“, novšiu ako „mitochondriálnu Evu“. Ich dávni predkovia sa počas migrácií často pohybovali v rovnakej skupine. Haploskupina ukazuje, do ktorej genealogickej vetvy ľudstva patríte. Sú označené písmenami abecedy, od A po Z, plus početné podskupiny. Napríklad európske haploskupiny - H, J, K, T, U, V, X. Blízky východ - N a M. Ázijské - A, B, C, D, F, G, M, Y, Z. Afričan - L1 , L2, L3 a M1. Polynézske - B. Americkí Indiáni - A, B, C, D, ojedinele aj X. V poslednom čase k európskym haploskupinám pribudli N1, U4, U5 a W.

Zamerajme sa na európske mitohaploskupiny - H, J, K, T, U, V, X, N1, U4, U5 a W. Väčšina z nich sa zase rozdelila do dcérskych podkladov (dcérske vetvy, napr. dcérsky podklad haploskupiny U5 - podklad U5b1 („Ursula“), ktorého distribučný vrchol sa vyskytuje v pobaltských štátoch a vo Fínsku. Za zmienku stojí, že matriarchy ženské línie sa často nazývajú jednoducho ženskými menami Základ tejto tradície položil autor knihy „Sedem dcér Evy“ Brian Sykes, ktorý vymyslel mená pre predpokladaných predkov väčšiny európskej populácie. Ursula (haploskupina U), Ksenia (X), Elena (H), Velda (V), Tara (T), Catherine (K) a Jasmine (J). Môžete vystopovať a zmapovať hlavné cesty, po ktorých sa oni a zvyšok našich prapraprababičiek túlali v čase a priestore, a vypočítať odhadovaný čas pre každú križovatku - objavenie sa novej mutácie, od prvých „dcér Evy“. ” až po najnovšie – haploskupiny I a V, ktoré majú „len“ asi 15 000 rokov.

Často si kladiem otázku: ako sa jadrová DNA líši od mtDNA? Podľa moderných vedeckých konceptov boli mitochondrie pred miliardami rokov nezávislé baktérie, ktoré sa usadili v bunkách primitívnych eukaryotických (s bunkovým jadrom s lineárnymi chromozómami) organizmov a „prevzali“ funkciu výroby tepla a energie v hostiteľských bunkách. Počas spoločného života prišli o časť génov ako o nepotrebné, pričom žili so všetkým pripraveným, časť sa preniesla na jadrové chromozómy a teraz sa dvojitý kruh ľudskej mtDNA skladá len z 16 569 párov nukleotidových báz. Väčšinu mitochondriálneho genómu zaberá 37 génov. Vzhľadom na vysokú koncentráciu voľných kyslíkových radikálov (vedľajšie produkty oxidácie glukózy) a slabosť mechanizmu opravy chýb pri kopírovaní DNA dochádza k mutáciám v mtDNA rádovo častejšie ako v jadrových chromozómoch. K výmene, strate alebo pridaniu jedného nukleotidu tu dochádza približne raz za 100 generácií – asi 2500 rokov. Mutácie v mitochondriálnych génoch – poruchy vo fungovaní bunkových energetických rastlín – veľmi často spôsobujú dedičné choroby. Jedinou funkciou mitochondrií je oxidácia glukózy na oxid uhličitý a vodu a syntéza s využitím energie bunkového paliva uvoľneného pri tomto procese – ATP a univerzálneho redukčného činidla (nosiča protónov) NADH. (NADH je nikotínamid adenín dinukleotid – skúste to povedať bez váhania.) Aj táto jednoduchá úloha si vyžaduje desiatky enzýmov, no väčšina proteínových génov potrebných na prácu a udržiavanie mitochondrií sa už dávno preniesla do chromozómov „hostiteľa“ bunky. V mtDNA sú iba gény transferovej RNA, ktoré dodávajú aminokyseliny do ribozómov syntetizujúcich proteíny (označené jednopísmenovými latinskými symbolmi zodpovedajúcich aminokyselín), dva gény ribozomálnej RNA - 12s RNA a 16s RNA (gény pre mitochondriálne ribozómové proteíny sú lokalizované v bunkovom jadre) a niektoré (nie všetky) gény zostávajú proteínmi hlavných mitochondriálnych enzýmov – komplexu NADH dehydrogenázy (ND1-ND6, ND4L), cytochróm c oxidázy (COI-III), cytochrómu b (CYTb) a dvoch proteínových podjednotiek enzýmu ATP syntetázy (ATPáza 8 a 6). Pre potreby molekulárnej alebo DNA genealógie sa používa nekódujúca oblasť - D-slučka pozostávajúca z dvoch hypervariabilných oblastí s nízkym a vysokým rozlíšením - HVR1 (GVS1) a HVR2 (GVS2).

Stojí za to povedať pár slov o dôležitosti štúdia mtDNA z pohľadu lekárskej genetiky.
Samozrejme, už prebehli štúdie o asociácii niektorých chorôb s jednotlivými ženskými genetickými líniami. Napríklad jedna štúdia naznačila, že rozklad oxidatívnej fosforylácie mitochlóriónov spojených s SNP definujúcim haploskupinu J (asmín) spôsobuje zvýšenú telesnú teplotu vo fenotype nosičov tejto haploskupiny. Súvisí to so zvýšenou prítomnosťou tejto haploskupiny v severnej Európe, najmä v Nórsku. Navyše u ľudí s mitochondriálnou haploskupinou J sa podľa inej štúdie rýchlejšie rozvinie AIDS a rýchlejšie zomierajú v porovnaní s inými ľuďmi infikovanými vírusom HIV. Štúdie ukázali, že fylogeneticky významné mitochondriálne mutácie viedli k vzoru génovej expresie vo fenotype.

Ďalej, Jova sestra mitochondriálna haploskupina T je spojená so zníženou pohyblivosťou spermií u mužov. Podľa publikácie Katedry biochémie a molekulárnej bunkovej biológie Univerzity v Zaragoze predstavuje haploskupina T slabú genetickú predispozíciu k astenozoospermii. Podľa niektorých štúdií je prítomnosť haploskupiny T spojená so zvýšeným rizikom ochorenia koronárnych artérií. Podľa inej štúdie majú T nosiči menšiu pravdepodobnosť vzniku cukrovky. Niekoľko pilotných lekárskych štúdií ukázalo, že haploskupina T je spojená so zníženým rizikom Parkinsonovej a Alzheimerovej choroby.

Hneď nasledujúci príklad však ukazuje, že výsledky analýzy spojenia medzi ženskými genetickými líniami a chorobami si často protirečia. Napríklad nositelia najstaršej európskej mitohaploskupiny UK sú málo náchylní na syndróm získanej imunitnej nedostatočnosti. A zároveň jedna podskupina, U5a, sa považuje za obzvlášť citlivú na syndróm získanej imunitnej nedostatočnosti.

Skoršie štúdie ukázali pozitívnu koreláciu medzi členstvom v haploskupine U a rizikom vzniku rakoviny prostaty a kolorekta. Haploskupina K (Catherine), zostupujúca z Veľkej Británie cez subklad U8, ako aj jej rodičovské línie, sa vyznačujú zvýšeným rizikom mŕtvice a chronickej progresívnej oftalmoplegie.

Muži patriaci do dominantnej ženskej línie H (Helen, vetva kombinovanej skupiny H v Európe) sa vyznačujú najnižším rizikom astenozoospermie (ochorenie, pri ktorom sa znižuje pohyblivosť spermií Táto haploskupina sa vyznačuje aj vysokou telesnou odolnosťou a odolnosťou). k progresii AIDS , H sa zároveň vyznačuje vysokým rizikom vzniku Alzheimerovej choroby Pre porovnanie, riziko vzniku Parkinsonovej choroby u nositeľiek ženskej genetickej línie H (Helen) je oveľa vyššie. riziko u zástupcov línie (JT), zástupcovia Lynn H majú navyše najvyššiu odolnosť voči sepse.

Zástupcovia mitochondriálnych línií I, J1c, J2, K1a, U4, U5a1 a T majú znížené (v porovnaní s priemerom) riziko vzniku Parkinsonovej choroby Ženy genetických línií I (Irene), J (Jasmine) a T (. Tara) porodila viac zo všetkých storočných, a preto popgenetici vtipne nazývajú tieto mitohaploskupiny haploskupinami storočných. Ale nie všetko je také dobré. Niektorí členovia podkladov haploskupín J a T (najmä J2) trpia zriedkavým geneticky podmieneným ochorením (Leberova dedičná optická neuropatia), spojenou s expresiou génu zodpovedného za slepotu zdedenú po matke.

Príslušnosť k mitohaploskupine N je faktorom vzniku rakoviny prsníka. To isté však platí aj pre ostatné európske mitohaploskupiny (H, T, U, V, W, X), s výnimkou K. Napokon nosičky ženskej mitochondriálnej línie X („Ksenia“) majú v mitochondriách mutáciu, ktorá zvyšuje riziko vzniku cukrovky II typu, kardiomyopatie a rakoviny endometria. Najvyššiu odolnosť voči rozvoju AIDS majú zástupcovia kombinovanej makromitohaploskupiny IWX.

Mitochondrie zohrávajú dôležitú úlohu aj v športovej genetike, ktorá sa objavila pomerne nedávno.

Často som pri čítaní popisov športových liekov a doplnkov stravy narazil na zmienku, že ten či onen aktívny prvok lieku urýchľuje metabolizmus alebo transport určitých zlúčenín do mitochondrií. Týka sa to predovšetkým L-karnitínu, kreatínu a BCAA. Keďže mitochondrie funguje ako generátor energie v bunke, tieto pozorovania sa mi zdajú logické a hodnoverné.

Pozrime sa preto na túto problematiku trochu podrobnejšie.

Nedostatok energie podľa niektorých vedcov vedie k skorému starnutiu organizmu. Čím menej energie je v bunkách, tým menej úsilia bude smerovať k obnove a odstráneniu toxínov. Ako sa hovorí: "Nestarám sa o tuk, prajem si, aby som bol nažive." Ale vždy existuje cesta von:zdravá strava a malé biochemické vylepšenia môžu reštartovať bunkové elektrárne. A prvá vec, ktorú vám radia zapamätať si, je karnitín.

Počnúc dospelosťou sa mitochondrie, bunkové elektrárne, začínajú spomaľovať, čo vedie k zníženiu produkcie energie. Bunka smeruje k strohosti, v ktorej sa o režime „afterburner“ neoplatí ani snívať. Nedostatok energie vedie k dysfunkcii iných bunkových organel a opäť ovplyvňuje mitochondrie. Začarovaný kruh. Ide o starnutie, presnejšie o jeho vnútorný prejav.

„Ste len tak mladý ako vaše mitochondrie,“ rád hovorí odborník na výživu Robert Crichon. Keďže veľa rokov venoval štúdiu biochémie buniek, našiel jeden spôsob, ako ovplyvniť produkciu energie v mitochondriách, teda starnutie. Touto metódou je karnitín a jeho aktívna forma L-karnitín.

Karnitín nie je aminokyselina, pretože neobsahuje aminoskupinu (NH2). Je to skôr koenzým alebo, ak chcete, vo vode rozpustná zlúčenina podobná vitamínu. Prečo karnitín priťahuje pozornosť odborníkov na výživu?

Ako viete, mastné kyseliny sú hlavným palivom pre svaly, najmä myokard. Asi 70 % energie vzniká vo svaloch spaľovaním tukov. Karnitín transportuje mastné kyseliny s dlhým reťazcom cez mitochondriálnu membránu. Malé množstvo karnitínu (asi 25 %) si telo syntetizuje z aminokyseliny lyzínu. Zvyšných 75 % musíme získať z potravy.

Ale dnes dostávame príliš málo karnitínu. Hovorí sa, že naši predkovia denne skonzumovali minimálne 500 mg karnitínu. Priemerný človek v modernej spoločnosti prijíma len 30-50 mg denne z potravy...

Nedostatok karnitínu vedie k zníženiu produkcie energie a degenerácii. Menej energie znamená horšie fyziologické zásoby. Klasickým obrazom sú starší ľudia, ktorých telá prežívajú „energetickú krízu“. Ak by telo malo dostatok energie, mohlo by úspešne budovať a obnovovať bunkové membrány, udržiavať celistvosť bunkových štruktúr a chrániť genetickú informáciu. Od primeranej produkcie energie závisí aj náš imunitný systém.

Robert Crichon verí, že potrebujeme viac karnitínu, keď telo začne klesať. Toto je krok k omladeniu a energizovaniu buniek, aby mohli lepšie fungovať a tiež sa chrániť pred voľnými radikálmi a patogénmi. [ Mimochodom, pred rokom a pol som robil pilotné vyšetrenie u fyziológa na určenie biologického veku. Podľa tabuľky fyziológa výsledky merania najpresnejšie zodpovedali biologickému veku 28 rokov. Ak má pán Robert Crichon pravdu, tak moje mitochondrie sú o 7 rokov mladšie ako môj pasový vek)). Ale veľa mojich rovesníkov už žije na dlh od prírody (opäť na úkor svojich mitochondrií)].

Mäso, ryby, mlieko, vajcia, syry a iné živočíšne produkty vo všeobecnosti obsahujú dostatok karnitínu. Baranie a jahňacie mäso sú obzvlášť účinnými zdrojmi. Avokádo a tempeh sú najobľúbenejšie rastlinné zdroje.

Samozrejme, zvieratá sa kedysi pásli na pastvinách a jedli trávu. To bolo skvelé, pretože v tomto prípade živočíšne produkty obsahovali veľké množstvo karnitínu a zdravých omega-3 mastných kyselín, ktoré sa navzájom dopĺňajú. To umožnilo telám našich predkov efektívne spaľovať tuk a mať silné telo. Teraz je dobytok kŕmený obilím, v ktorom dominujú omega-6 mastné kyseliny, ktoré pôsobia prozápalovo a hladina karnitínu sa znížila. To je dôvod, prečo dnes už nie je konzumácia červeného mäsa každý deň zdravou alternatívou. Ale zastavme sa pri tom.

Je tu ešte jeden bod, ktorý stojí za zmienku. Bolo by naivné tvrdiť, že karnitín môže raz a navždy zachrániť človeka pred starnutím. Nie, pre ľudstvo by to bolo príliš jednoduché, aj keď by tomu mnohí možno chceli veriť.

Karnitín, podobne ako iné prospešné látky, ktoré aktivujú metabolizmus, je len jedným z mnohých pomocníkov. Nie je však schopný radikálne zastaviť bunkové hodiny, aj keď ich pravdepodobne dokáže spomaliť.

Zistilo sa, že pri vyčerpaní bunkových zdrojov kyseliny kreatínfosforečnej sa zastaví práca ischemického myokardu, hoci cca. 90% adenozíntrifosfát. To demonštrovalo, že adenozíntrifosfát je v bunke distribuovaný nerovnomerne. Nie je využitý všetok adenozíntrifosfát nachádzajúci sa vo svalovej bunke, ale len jeho určitá časť koncentrovaná v myofibrilách. Výsledky ďalších experimentov ukázali, že spojenie medzi bunkovými zásobami adenozíntrifosfátu je realizované kreatínfosforečnou kyselinou a izoenzýmami kreatínkinázy. Za normálnych podmienok molekula adenozíntrifosfátu syntetizovaná v mitochondriách prenáša energiu na kreatín, ktorý sa vplyvom izoenzýmu kreatínkinázy premieňa na kyselinu kreatínfosforečnú. Kyselina kreatínfosforečná sa presúva do lokalizácie kreatínkinázových reakcií, kde ostatné izoenzýmy kreatínkinázy zabezpečujú regeneráciu adenozíntrifosfátu z kyseliny kreatínfosforečnej a adenozíndifosfátu. Uvoľnený kreatín sa v tomto prípade presúva do mitochondrií a adenozíntrifosfát sa využíva na výrobu energie, vr. na svalové napätie. Intenzita cirkulácie energie v bunke pozdĺž dráhy kreatínfosforu je oveľa väčšia ako rýchlosť prieniku adenozíntrifosfátu do cytoplazmy. To je dôvodom poklesu koncentrácie kyseliny kreatínfosforečnej v bunke a spôsobuje zníženie svalového napätia aj vtedy, keď nie je ovplyvnený hlavný bunkový prísun adenozíntrifosfátu.

Bohužiaľ, ľudia zaoberajúci sa športovou genetikou venujú mitochondriám veľmi malú pozornosť. Ešte som nevidel štúdiu výsledkov kulturistov rozdelených do kontrolných skupín na základe príslušnosti k mitochondriálnym skupinám (za predpokladu, že ich ostatné “ukazovatele” sú rovnaké). Experimentálny dizajn by mohol vyzerať napríklad takto: vyberieme kulturistov rovnakého veku, hmotnosti, výšky, zloženia svalov a skúseností. Vyzveme ich, aby vykonali sériu rovnakých silových cvičení (napríklad maximálny počet sérií benchpressu s hmotnosťou 95-100 kg.) Výsledky porovnávame a analyzujeme na základe apriórnych informácií o mitoskupinách športovcov . Potom športovcom podávame kombinovanú stravu kreatínu, levokarnitínu, glutamínu a aminokyselín. Po určitom čase test zopakujeme a výsledky porovnáme a vyvodíme závery o prítomnosti/neprítomnosti korelácie s typom mtDNA.

Myslím si, že môj amatérsky výskum mitochondrií môže v konečnom dôsledku osvietiť ľudstvo. Pravdaže, o mitochondrie sa zaujímam nielen a ani nie tak o genealógiu a medicínsku problematiku, ale o problematiku psychogenetiky, najmä o aspekty interakcie medzi ľuďmi rôznych mitohaposkupín. Túto oblasť výskumu som si dovolil nazvať psychosocionika. Využitím vzácnej príležitosti pozorovať (po dobu 4 rokov) interakciu ľudí rôznych mitohaploskupín na minimálne 5 fórach v anglickom jazyku a 2 fórach v ruskom jazyku som si všimol zaujímavý trend. Žiaľ, nestihol som tento vzorec jasne formulovať v diskurzívnych pojmoch vedeckého jazyka popgenetiky, všetko je zatiaľ na úrovni predbežných poznámok. Ale možno, ak môžem sformulovať svoje pozorovanie, zapíše sa do histórie populačnej genetiky ako Verenich-Záporožčenkov zákon.

Moje pozorovania sú založené na štúdiu interakcií medzi tromi hlavnými európskymi súhrnnými mitohaploskupinami (JT, HV, UK). Žiaľ, európske mitohaploskupiny I, W, X (ako aj exotické a minoritné mitoskupiny) z dôvodu nereprezentatívnosti vzorky neboli zaradené do oblasti môjho výskumu. Stručne povedané, tieto pozorovania sa scvrkli do nasledujúcich bodov:

1) najhustejšia a najproduktívnejšia interakcia sa pozoruje medzi zástupcami jednej kombinovanej haploskupiny (napríklad medzi zástupcami rôznych podkladov J a T). Možno sa táto skutočnosť dá vysvetliť evolučným mechanizmom, ktorý na genetickej úrovni (pripomínam, že mitoDNA sa dedí výlučne po materskej línii) určuje pripútanosť dieťaťa k matke v ranom veku Clark-Stewart v nej Štúdia tripartitných vzťahov v mnohých rodinách zistila, že vplyv matky na dieťa má priamy charakter, zatiaľ čo otec často ovplyvňuje dieťa nepriamo – prostredníctvom matky (Clarke-Stewart K.A., 1978). Tento vplyv je následne interpolovaný na interakciu s predstaviteľmi podobných mitohaploskupín (psychogenetický základ tohto vplyvu ešte nebol vedecky identifikovaný, preto nie je prekvapujúce, že medzi svojimi kolegami haploskupinami ľudia nachádzajú najspoľahlivejších podobne zmýšľajúcich ľudí).

2) zástupcovia JT a HV sú vo vzájomnom vzťahu antipódy - medzi nimi sa pozoruje najviac antagonistická interakcia, ktorá často vedie ku konfliktom. Príčiny antagonizmu je potrebné preskúmať

3) zástupcovia mitoskupiny Spojeného kráľovstva sa spravidla vyznačujú neutrálnym postojom k JT aj HV. Vzťahy s oboma skupinami sú čisto obchodné, neutrálne.

Keďže ma zaujímali dôvody takéhoto zjavného rozdelenia, obrátil som sa s prosbou o radu na popredného svetového špecialistu na mtDNA Valerija Záporožčenka (je autorom jedného z najefektívnejších fylogenetických programov MURKA, má najväčšiu súkromnú zbierku mitohaplotypov na svete a kompletné genómové sekvencie a je spoluautorom niekoľkých významných publikácií o mitoDNA).Valery dal trochu nezvyčajnú, ale ak sa nad tým zamyslíte, logickú odpoveď.Podstatou jeho odpovede bolo, že antagonizmus medzi JT a HV možno vysvetliť „genetickou pamäťou“. Faktom je, že haploskupina HV prenikla do Európy niekde na prelome mezolitu a neolitu severnou cestou.Paralelne s touto haploskupinou sa do Európy dostal aj ženský rod JT, no migračná trasa viedla trochu na juh. S najväčšou pravdepodobnosťou existovala určitá konkurencia medzi oboma skupinami (JT a HV), keďže JT aj HV zaberali rovnakú niku (neolitickí farmári). TOMimochodom, tá istá historická introspekcia vysvetľuje neutralitu mitoskupiny Spojeného kráľovstva vo vzťahu k HV a JT. Ako je teraz všeobecne akceptované, Spojené kráľovstvo (ako najstaršia mitoskupina v Európe) na úsvite neolitickej revolúcie a objavenia sa vyššie uvedeného neolituTieto skupiny boli zastúpené najmä medzi európskymi druhohornými lovcami-zberačmi. Keďže obsadili úplne iné miesto, zástupcovia Spojeného kráľovstva jednoducho nemali čo zdieľať s HV a JT.

Najlepším príkladom mitokonfliktu je 5 rokov starý konflikt medzi dvoma brilantnými hlavami v amatérskej genetike a antropológii - Dienekom Pontikosom (ktorého mitoskupina je T2) a Davidom "Polakom" Veselovským (ktorého mitoskupina je H7). Toto nie je potvrdenie konfliktného potenciálu interakcie medzi mitoskupinami JT a HV. Je to ako dobre známy experiment s 1 g železného prášku alebo prášku a 2 g suchého dusičnanu draselného, predtým rozdrveného v mažiari. Akonáhle sú umiestnené vedľa seba, začne búrlivá reakcia s uvoľňovaním iskier, hnedastým dymom a silným zahrievaním. V tomto prípade vzhľad zmesi pripomína rozžeravenú lávu. Pri reakcii dusičnanu draselného so železom vzniká železitan draselný a plynný oxid dusnatý, ktorý pri oxidácii na vzduchu vzniká hnedý plyn – oxid dusičitý. Ak sa tuhý zvyšok po ukončení reakcie vloží do pohára studenej prevarenej vody, vznikne červenofialový roztok železitanu draselného, ktorý sa za pár minút rozloží.))

Aké sú praktické dôsledky týchto pozorovaní? V súčasnosti sa rýchlo rozvíja jedno z odvetví takzvanej konfliktológie, spojené s posudzovaním kompatibility jednotlivcov v skupine. Prirodzene, najpraktickejšie sa toto odvetvie prejavuje pri riešení praktických problémov (napríklad obsadzovanie alebo výber personálu). Samozrejme, prijímaný personál sa posudzuje najmä podľa jeho odborných vedomostí, zručností, schopností a pracovných skúseností. Dôležitým faktorom je však posúdenie kompatibility regrútov s už vybudovaným tímom a vedením. Apriórne hodnotenie tohto faktora je ťažké a teraz sa toto hodnotenie robí najmä pomocou psychologických testov, na vývoj a testovanie ktorých veľké korporácie a inštitúcie (napríklad NASA pri výbere tímu astronautov) vynakladajú veľké sumy. peňazí. Teraz, na prahu rozvoja psychogenetiky, však môžu byť tieto testy nahradené analýzou geneticky podmienenej kompatibility.

Predpokladajme napríklad, že máme určitú skupinu prijatých odborníkov, ktorí spĺňajú formálne požiadavky na prijatie do zamestnania a majú príslušné kompetencie. Existuje tím, v ktorom sú povedzme všetky tri makroskupiny JT, HVa UK. Ak by som bol manažér, noví regrúti by boli pridelení určitým skupinám ľudí na základe pridelených úloh:

1) Ak si realizácia určitej úlohy vyžaduje prítomnosť blízkej skupiny rovnako zmýšľajúcich ľudí, potom je najlepšou možnosťou vytvoriť skupinu ľudí patriacich do rovnakej makrohaploskupiny
2) Ak skupina pracuje na hľadaní nových riešení a pri svojej práci využíva metódy ako „brainstorming“, je potrebné umiestniť týchto rekrutov do prostredia antagonistov (JT do HV a naopak)

3) Ak sú princípy práce skupiny založené čisto na obchodných/formálnych vzťahoch, potom by mal manažment zabezpečiť, aby mala skupina dostatočný počet zástupcov Spojeného kráľovstva, ktorí budú pôsobiť ako nárazník medzi konfliktnými JT a HV.

Ak je to žiaduce, rovnaké princípy možno použiť ako základ pre „vedecky motivovaný“ výber manželského partnera. Prinajmenšom posúdenie partnerovej kompatibility (alebo skôr posúdenie povahy kompatibility) bude oveľa vierohodnejšie ako posúdenie kompatibility v moderných zoznamovacích službách, ktoré sú založené na primitívnych psychologických testoch a astrológii. Mimochodom, jediná komerčná služba zoznamovania DNA striktne využíva haplotypy komplexu histokompatibility. Logika je taká, že ako ukázali vedci, ľudia si väčšinou vyberajú partnerov s najopačnejším haplotypom HLA.

Rôzne genetické komponenty v nórskej populácii odhalené analýzou polymorfizmov mtDNA a Y chromozómov Haploskupiny mitochondriálnej DNA ovplyvňujú progresiu AIDS.

Prirodzený výber formoval regionálnu variáciu mtDNA u ľudí Ruiz-Pesini E, Lapeña AC, Díez-Sánchez C, et al. (september 2000). "Haploskupiny ľudskej mtDNA spojené s vysokou alebo zníženou pohyblivosťou spermií." Am. J.Hum. Genet. 67(3):682-96. DOI:10.1086/303040. PMID 10936107.

Mitochondrie: 30 Mitochondriálna haploskupina T je spojená s ochorením koronárnych artérií Nositelia mitochondriálnej DNA haplotypu „T“ sú menej náchylní na cukrovku « Mathilda's Anthropology Blog

„Inde bolo hlásené, že členstvo v haploskupine T môže poskytnúť určitú ochranu pred Alexandrovou Belovzheimerovou chorobou (Chagnon a kol. 1999; Herrnstadt a kol. 2002) a tiež Parkinsonovou chorobou (Pyle a kol. 2005), ale varovné slová Pereiru a kol. naznačujú, že pred dosiahnutím pevných záverov môžu byť potrebné ďalšie štúdie."

Haploskupiny mitochondriálnej DNA ovplyvňujú progresiu AIDS.

Prirodzený výber formoval regionálne variácie mtDNA u ľudí
Ruiz-Pesini E, Lapeña AC, Díez-Sánchez C, a kol. (september 2000). "Haploskupiny ľudskej mtDNA spojené s vysokou alebo zníženou pohyblivosťou spermií." Am. J.Hum. Genet. 67(3):682-96. DOI:10.1086/303040. PMID 10936107.
Mitochondrie: 30 Mitochondriálna haploskupina T je spojená s ochorením koronárnych artérií
Nositelia mitochondriálnej DNA haplotypu „T“ sú menej náchylní na cukrovku « Mathildin blog o antropológii
„Inde bolo hlásené, že členstvo v haploskupine T môže poskytnúť určitú ochranu proti

Čo je mitochondriálna DNA?

Mitochondriálna DNA (mtDNA) je DNA nachádzajúca sa v mitochondriách, bunkových organelách vo vnútri eukaryotických buniek, ktoré premieňajú chemickú energiu z potravy na formu, ktorú môžu bunky využiť – adenozíntrifosfát (ATP). Mitochondriálna DNA predstavuje len malú časť DNA v eukaryotickej bunke; Väčšina DNA sa nachádza v bunkovom jadre, v rastlinách a riasach a v plastidoch, ako sú chloroplasty.

U ľudí kóduje 16 569 párov báz mitochondriálnej DNA iba 37 génov. Ľudská mitochondriálna DNA bola prvou významnou časťou ľudského genómu, ktorá bola sekvenovaná. U väčšiny druhov, vrátane ľudí, je mtDNA dedená iba od matky.

Pretože živočíšna mtDNA sa vyvíja rýchlejšie ako jadrové genetické markery, predstavuje základ fylogenetiky a evolučnej biológie. Toto sa stalo dôležitým bodom v antropológii a biogeografii, pretože umožňuje študovať vzájomné vzťahy populácií.

Hypotézy pôvodu mitochondrií

Predpokladá sa, že jadrová a mitochondriálna DNA má odlišný evolučný pôvod, pričom mtDNA pochádza z kruhových genómov baktérií, ktoré boli absorbované skorými predkami moderných eukaryotických buniek. Táto teória sa nazýva endosymbiotická teória. Odhaduje sa, že každá mitochondria obsahuje kópie 2-10 mtDNA. V bunkách živých organizmov je prevažná väčšina proteínov prítomných v mitochondriách (u cicavcov asi 1 500 rôznych typov) kódovaná jadrovou DNA, no gény niektorých, ak nie väčšiny z nich sa považujú za pôvodne bakteriálne a sa odvtedy počas evolúcie preniesli do eukaryotického jadra.

Diskutuje sa o dôvodoch, prečo si mitochondrie zachovávajú určité gény. Existencia organel bez genómu u niektorých druhov mitochondriálneho pôvodu naznačuje, že úplná strata génu je možná a prenos mitochondriálnych génov do jadra má množstvo výhod. Obtiažnosť orientácie na diaľku produkovaných hydrofóbnych proteínových produktov v mitochondriách je jednou z hypotéz, prečo sú niektoré gény zachované v mtDNA. Ďalšou teóriou je spoločná lokalizácia pre redoxnú reguláciu, ktorá uvádza potrebu lokalizovanej kontroly mitochondriálneho aparátu. Nedávna analýza širokého spektra mitochondriálnych genómov naznačuje, že obe tieto funkcie môžu diktovať retenciu mitochondriálnych génov.

Genetické vyšetrenie mtDNA

Vo väčšine mnohobunkových organizmov je mtDNA dedená od matky (materská línia). Mechanizmy na to zahŕňajú jednoduché riedenie (vajíčko obsahuje v priemere 200 000 molekúl mtDNA, zatiaľ čo zdravá ľudská spermia obsahuje v priemere 5 molekúl), degradáciu mtDNA spermií v mužskom reprodukčnom trakte, v oplodnenom vajíčku a aspoň málo organizmov, zlyhanie MtDNA spermie preniká do vajíčka. Nech už je mechanizmus akýkoľvek, ide o unipolárnu dedičnosť – dedičnosť mtDNA, ktorá sa vyskytuje u väčšiny živočíchov, rastlín a húb.

Dedičstvo po matke

Pri pohlavnom rozmnožovaní sa mitochondrie zvyčajne dedia výlučne od matky; mitochondrie v spermiách cicavcov sú zvyčajne zničené vajíčkom po oplodnení. Navyše, väčšina mitochondrií je prítomná v spodnej časti spermiového chvosta, ktorý sa používa na pohyb spermií; niekedy sa pri oplodnení stratí chvost. V roku 1999 bolo hlásené, že mitochondrie otcovských spermií (obsahujúce mtDNA) sú označené ubikvitínom na následnú deštrukciu v embryu. Niektoré metódy oplodnenia in vitro, najmä injekcia spermie do oocytu, môžu s tým interferovať.

Skutočnosť, že mitochondriálna DNA sa dedí cez materskú líniu, umožňuje genealogickým výskumníkom sledovať materskú líniu ďaleko v čase. (Y-chromozomálna DNA je otcovsky dedená, používa sa podobným spôsobom na určenie patrilineárnej histórie.) Zvyčajne sa to robí na mitochondriálnej DNA človeka sekvenovaním hypervariabilnej kontrolnej oblasti (HVR1 alebo HVR2) a niekedy aj celej mitochondriálnej molekuly DNA ako Genealogický test DNA. Napríklad HVR1 pozostáva z približne 440 párov báz. Týchto 440 párov sa potom porovná s kontrolnými oblasťami iných jedincov (alebo konkrétnych jedincov alebo jedincov v databáze), aby sa určila materská línia. Najbežnejšie porovnanie je s revidovanou Cambridge Reference Sequence. Vila a kol. publikovali štúdie o matrilineárnej podobnosti domácich psov a vlkov. Koncept mitochondriálnej Evy je založený na rovnakom type analýzy, pokúša sa objaviť pôvod ľudstva, sleduje pôvod späť v čase.

mtDNA je vysoko konzervovaná a jej relatívne pomalé rýchlosti mutácií (v porovnaní s inými oblasťami DNA, ako sú mikrosatelity), ju robia užitočnou na štúdium evolučných vzťahov - fylogenézy organizmov. Biológovia môžu určiť a potom porovnať sekvencie mtDNA naprieč druhmi a použiť porovnania na vytvorenie evolučného stromu pre študovaný druh. Avšak kvôli nízkej rýchlosti mutácií, ktoré zažíva, je často ťažké rozlíšiť blízko príbuzné druhy v akomkoľvek rozsahu, takže sa musia použiť iné metódy analýzy.

Mutácie mitochondriálnej DNA

Je možné očakávať, že jedinci podstupujúci jednosmernú dedičnosť a malú alebo žiadnu rekombináciu podstúpia Müllerovu západku, hromadenie škodlivých mutácií, až kým sa nestratí funkčnosť. Zvieracie mitochondriálne populácie sa vyhýbajú tejto akumulácii v dôsledku vývojového procesu známeho ako úzke miesto mtDNA. Prekážka využíva stochastické procesy v bunke na zvýšenie variability medzi bunkami v mutantnej záťaži, keď sa organizmus vyvíja, takže jedna vaječná bunka s určitým podielom mutantnej mtDNA vytvára embryo, v ktorom majú rôzne bunky rôzne mutantné záťaže. Bunková úroveň môže byť potom zameraná na odstránenie týchto buniek s viac mutantnou mtDNA, čo vedie k stabilizácii alebo zníženiu mutantnej záťaže medzi generáciami. Mechanizmus, ktorý je základom prekážky, je diskutovaný s nedávnymi matematickými a experimentálnymi metastázami a poskytuje dôkaz o kombinácii náhodného rozdelenia mtDNA do bunkových delení a náhodného obratu molekúl mtDNA v bunke.

Dedičstvo po otcovi

U lastúrnikov sa pozoruje dvojitá jednosmerná dedičnosť mtDNA. U týchto druhov majú samice iba jeden typ mtDNA (F), zatiaľ čo samce majú mtDNA typu F vo svojich somatických bunkách, ale mtDNA typu M (ktorá môže byť až 30% divergentná) v zárodočných bunkách. Matersky zdedené mitochondrie boli navyše hlásené u niektorých druhov hmyzu, ako sú ovocné mušky, včely a periodické cikády.

U kurčiat Plymouth Rock bola nedávno objavená mužská mitochondriálna dedičnosť. Dôkazy podporujú zriedkavé prípady mužskej mitochondriálnej dedičnosti u niektorých cicavcov. Konkrétne existujú zdokumentované prípady u myší, kde boli následne odmietnuté mitochondrie pochádzajúce zo samcov. Okrem toho bol nájdený u oviec a tiež u klonovaného dobytka. Raz ho objavili v mužskom tele.

Hoci mnohé z týchto prípadov zahŕňajú klonovanie embryí alebo následné odmietnutie otcovských mitochondrií, iné dokumentujú dedičnosť a perzistenciu in vivo in vitro.

Mitochondriálne darcovstvo

IVF, známe ako mitochondriálne darcovstvo alebo mitochondriálna substitučná terapia (MRT), má za následok potomstvo obsahujúce mtDNA od ženských darcov a jadrovú DNA od matky a otca. V procese prenosu vretienka sa jadro vajíčka zavedie do cytoplazmy vajíčka darkyne, ktorej bolo jadro odstránené, ale stále obsahuje mtDNA darkyne. Zložené vajíčko je potom oplodnené mužskými spermiami. Tento postup sa používa, keď žena s geneticky chybnými mitochondriami chce splodiť potomka so zdravými mitochondriami. Prvým známym dieťaťom, ktoré sa narodilo v dôsledku mitochondriálneho darcovstva, bol chlapec, ktorý sa narodil 6. apríla 2016 jordánskemu páru v Mexiku.

Mitochondriálna štruktúra DNA

Vo väčšine mnohobunkových organizmov je mtDNA - alebo mitogenóm - organizovaná ako okrúhla, kruhovo uzavretá, dvojvláknová DNA. Ale v mnohých jednobunkových organizmoch (napríklad tetrahymena alebo zelená riasa Chlamydomonas reinhardtii) a v zriedkavých prípadoch v mnohobunkových organizmoch (napríklad niektoré druhy cnidarians) sa mtDNA nachádza ako lineárne organizovaná DNA. Väčšina z týchto lineárnych mtDNA má teloméry nezávislé od telomeráz (t.j. konce lineárnej DNA) s rôznymi spôsobmi replikácie, čo z nich robí zaujímavé predmety štúdia, pretože mnohé z týchto jednobunkových organizmov s lineárnou mtDNA sú známymi patogénmi.

Pre ľudskú mitochondriálnu DNA (a pravdepodobne pre metazoá) je v somatickej bunke typicky prítomných 100-10 000 individuálnych kópií mtDNA (výnimkou sú vajíčka a spermie). U cicavcov každá dvojvláknová kruhová molekula mtDNA pozostáva z 15 000 až 17 000 párov báz. Dve vlákna mtDNA sa líšia obsahom nukleotidov, vlákno bohaté na guanid sa nazýva ťažký reťazec (alebo H-vlákno) a vlákno bohaté na cynozín sa nazýva ľahký reťazec (alebo L-vlákno). Ťažký reťazec kóduje 28 génov a ľahký reťazec kóduje 9 génov, celkovo 37 génov. Z 37 génov je 13 pre proteíny (polypeptidy), 22 pre prenos RNA (tRNA) a dva pre malé a veľké podjednotky ribozomálnej RNA (rRNA). Ľudský mitogenóm obsahuje prekrývajúce sa gény (ATP8 a ATP6 a ND4L a ND4: pozri mapu ľudského genómu mitochondrií), čo je v živočíšnych genómoch zriedkavé. Vzorec 37 génov sa nachádza aj medzi väčšinou metazoánov, hoci v niektorých prípadoch jeden alebo viacero z týchto génov chýba a rozsah veľkostí mtDNA je väčší. Ešte väčšie rozdiely v obsahu a veľkosti génov mtDNA existujú medzi hubami a rastlinami, aj keď sa zdá, že existuje základná podskupina génov, ktorá je prítomná vo všetkých eukaryotoch (okrem niekoľkých, ktoré nemajú vôbec žiadne mitochondrie). Niektoré rastlinné druhy majú obrovskú mtDNA (až 2 500 000 párov báz na molekulu mtDNA), ale prekvapivo aj tieto obrovské mtDNA obsahujú rovnaký počet a typy génov ako príbuzné rastliny s oveľa menšou mtDNA.

Mitochondriálny genóm uhorky (Cucumis Sativus) pozostáva z troch kruhových chromozómov (dĺžka 1556, 84 a 45 kb), ktoré sú úplne alebo z veľkej časti autonómne, pokiaľ ide o ich replikáciu.

V mitochondriálnych genómoch sa nachádza šesť hlavných typov genómu. Tieto typy genómov klasifikovali "Kolesnikov a Gerasimov (2012)" a líšia sa rôznymi spôsobmi, ako napríklad kruhový genóm verzus lineárny, veľkosť genómu, prítomnosť intrónov alebo štruktúr podobných plazmidom a či je genetický materiál odlišná molekula, súbor homogénnych alebo heterogénnych molekúl.

Dekódovanie živočíšneho genómu

V živočíšnych bunkách existuje len jeden typ mitochondriálneho genómu. Tento genóm obsahuje jednu kruhovú molekulu medzi 11-28 kbp genetického materiálu (typ 1).

Dekódovanie rastlinného genómu

V rastlinách a hubách sa nachádzajú tri rôzne typy genómu. Prvý typ je kruhový genóm, ktorý má intróny (typ 2) s dĺžkou od 19 do 1000 kbp. Druhým typom genómu je kruhový genóm (asi 20-1000 kbp), ktorý má tiež plazmidovú štruktúru (1 kb) (typ 3). Konečným typom genómu, ktorý možno nájsť v rastlinách a hubách, je lineárny genóm pozostávajúci z homogénnych molekúl DNA (typ 5).

Dekódovanie protistového genómu

Protisty obsahujú širokú škálu mitochondriálnych genómov, ktoré zahŕňajú päť rôznych typov. Typ 2, typ 3 a typ 5, uvedené v genómoch rastlín a húb, existujú aj v niektorých prvokoch, ako aj v dvoch jedinečných typoch genómu. Prvým z nich je heterogénna zbierka kruhových molekúl DNA (typ 4) a konečný typ genómu nájdený u protistov je heterogénna zbierka lineárnych molekúl (typ 6). Typy genómu 4 a 6 sa pohybujú od 1 do 200 kb.

Endosymbiotický prenos génov, proces génov kódovaných v mitochondriálnom genóme prenášaný primárne bunkovým genómom, pravdepodobne vysvetľuje, prečo zložitejšie organizmy, ako sú ľudia, majú menšie mitochondriálne genómy ako jednoduchšie organizmy, ako sú prvoky.

Replikácia mitochondriálnej DNA

Mitochondriálna DNA je replikovaná komplexom DNA polymerázy gama, ktorý pozostáva zo 140 kDa katalytickej DNA polymerázy kódovanej génom POLG a dvoch 55 kDa doplnkových podjednotiek kódovaných génom POLG2. Replikačný aparát tvoria DNA polymeráza, TWINKLE a mitochondriálne SSB proteíny. TWINKLE je helikáza, ktorá odvíja krátke úseky dsDNA v smere 5" až 3".

Počas embryogenézy je replikácia mtDNA prísne regulovaná z oplodneného oocytu cez preimplantačné embryo. MtDNA, ktorá účinne znižuje počet buniek v každej bunke, hrá úlohu v mitochondriálnom prekážke, ktorá využíva variabilitu medzi bunkami na zlepšenie dedičnosti škodlivých mutácií. V štádiu blastocytov je začiatok replikácie mtDNA špecifický pre bunky troftokodéra. Na rozdiel od toho bunky vnútornej bunkovej hmoty obmedzujú replikáciu mtDNA, kým nedostanú signály na diferenciáciu na špecifické typy buniek.

Transkripcia mitochondriálnej DNA

Vo zvieracích mitochondriách je každý reťazec DNA nepretržite transkribovaný a vytvára polycistronickú molekulu RNA. Medzi väčšinou (ale nie všetkými) oblasťami kódovania proteínov sú prítomné tRNA (pozri mapu genómu ľudských mitochondrií). Pri transkripcii získava tRNA charakteristickú L-formu, ktorú rozpoznávajú a štiepia špecifické enzýmy. Pri spracovaní mitochondriálnej RNA sa z primárneho transkriptu uvoľnia jednotlivé fragmenty mRNA, rRNA a tRNA. Zložené tRNA teda pôsobia ako menšie interpunkcie.

Mitochondriálne choroby

Koncept, že mtDNA je obzvlášť citlivý na reaktívne formy kyslíka generované dýchacím reťazcom v dôsledku jeho blízkosti, zostáva kontroverzný. mtDNA neakumuluje viac oxidačnej bázy ako jadrová DNA. Uvádza sa, že aspoň niektoré typy oxidačného poškodenia DNA sa opravujú efektívnejšie v mitochondriách ako v jadre. mtDNA je zabalená s proteínmi, ktoré sa zdajú byť rovnako ochranné ako proteíny jadrového chromatínu. Okrem toho si mitochondrie vyvinuli jedinečný mechanizmus, ktorý udržuje integritu mtDNA degradáciou nadmerne poškodených genómov, po ktorej nasleduje replikácia intaktnej/opravenej mtDNA. Tento mechanizmus v jadre chýba a je aktivovaný niekoľkými kópiami mtDNA prítomnej v mitochondriách. Výsledkom mutácie v mtDNA môže byť zmena kódovacích inštrukcií pre určité bielkoviny, čo môže ovplyvniť metabolizmus a/alebo kondíciu organizmu.

Mutácie mitochondriálnej DNA môžu viesť k množstvu chorôb, vrátane intolerancie cvičenia a Kearns-Sayreovho syndrómu (KSS), ktorý spôsobuje, že človek úplne stráca funkciu srdca, očí a svalových pohybov. Niektoré dôkazy naznačujú, že môžu byť významným prispievateľom k procesu starnutia a patológiám súvisiacim s vekom. Konkrétne, v kontexte choroby sa podiel mutantných molekúl mtDNA v bunke nazýva heteroplazma. Distribúcia heteroplazmy v bunkách a medzi nimi určuje nástup a závažnosť ochorenia a je ovplyvnená komplexnými stochastickými procesmi v bunke a počas vývoja.

Mutácie v mitochondriálnych tRNA môžu byť zodpovedné za závažné ochorenia, ako sú syndrómy MELAS a MERRF.

Mutácie v jadrových génoch kódujúcich proteíny, ktoré využívajú mitochondrie, môžu tiež prispieť k mitochondriálnym ochoreniam. Tieto choroby sa neriadia vzormi mitochondriálnej dedičnosti, ale namiesto toho sa riadia mendelovskými vzormi dedičnosti.

Nedávno sa mutácie v mtDNA použili na pomoc pri diagnostike rakoviny prostaty u pacientov s negatívnou biopsiou.

Mechanizmus starnutia

Hoci je táto myšlienka kontroverzná, niektoré dôkazy naznačujú súvislosť medzi starnutím a mitochondriálnou dysfunkciou v genóme. Mutácie v mtDNA v podstate narúšajú starostlivú rovnováhu produkcie reaktívneho kyslíka (ROS) a enzymatickej produkcie ROS (enzýmami ako superoxiddismutáza, kataláza, glutatiónperoxidáza a iné). Avšak niektoré mutácie, ktoré zvyšujú produkciu ROS (napríklad znížením antioxidačnej obrany) u červov skôr zvyšujú, než znižujú ich životnosť. Navyše, nahé mole potkany, hlodavce veľkosti myší, žijú približne osemkrát dlhšie ako myši, napriek tomu, že majú zníženú antioxidačnú obranu a zvýšené oxidačné poškodenie biomolekúl v porovnaní s myšami.

V jednom bode sa verilo, že funguje cnostná spätná väzba („začarovaný cyklus“); keďže mitochondriálna DNA akumuluje genetické poškodenie spôsobené voľnými radikálmi, mitochondrie strácajú funkciu a uvoľňujú voľné radikály v cytosóle. Znížená funkcia mitochondrií znižuje celkovú metabolickú účinnosť. Tento koncept bol však nakoniec vyvrátený, keď sa preukázalo, že myši geneticky modifikované tak, aby akumulovali mutácie mtDNA vo zvýšenej miere, predčasne starnú, ale ich tkanivá neprodukujú viac ROS, ako predpovedala hypotéza „začarovaného cyklu“. Na podporu spojenia medzi dlhovekosťou a mitochondriálnou DNA niektoré štúdie našli korelácie medzi biochemickými vlastnosťami mitochondriálnej DNA a dlhovekosťou druhov. Uskutočňuje sa rozsiahly výskum na ďalšie skúmanie tohto spojenia a liečby proti starnutiu. V súčasnosti sú populárnymi oblasťami prebiehajúceho výskumu génová terapia a výživové doplnky. Bjelakovič a kol. analyzovali výsledky 78 štúdií v rokoch 1977 až 2012, na ktorých sa zúčastnilo celkovo 296 707 účastníkov, a dospeli k záveru, že antioxidačné doplnky neznižujú úmrtnosť z akejkoľvek príčiny ani nepredlžujú očakávanú dĺžku života, zatiaľ čo niektoré z nich, ako napríklad betakarotén, vitamín E a vyššie dávky vitamínu A, môže skutočne zvýšiť úmrtnosť.

Prerušovacie body delécie sa často vyskytujú v rámci alebo v susedstve oblastí vykazujúcich nekanonické (nie B) konformácie, menovite vlásenkové, krížové a ďatelinové prvky. Okrem toho existujú dôkazy, že zakrivené oblasti špirálového skreslenia a dlhé G-tetrady sa podieľajú na detekcii udalostí nestability. Okrem toho boli body s vyššou hustotou konzistentne pozorované v oblastiach so šikmým GC a v tesnej blízkosti degenerovaného sekvenčného fragmentu YMMYMNNMMHM.

Ako sa mitochondriálna DNA líši od jadrovej DNA?

Na rozdiel od jadrovej DNA, ktorá je dedená od oboch rodičov a v ktorej sú gény preskupené procesom rekombinácie, zvyčajne nedochádza k zmene mtDNA z rodiča na potomka. Aj keď sa mtDNA tiež rekombinuje, robí to so svojimi kópiami v rámci tej istej mitochondrie. Z tohto dôvodu je rýchlosť mutácie živočíšnej mtDNA vyššia ako rýchlosť jadrovej DNA. mtDNA je výkonný nástroj na sledovanie matrilínovej línie a v tejto úlohe sa používa na sledovanie pôvodu mnohých druhov pred stovkami generácií.

Rýchla rýchlosť mutácie (u zvierat) robí mtDNA užitočnou na hodnotenie genetických vzťahov jednotlivcov alebo skupín v rámci druhu a na identifikáciu a kvantifikáciu fylogenéz (evolučných vzťahov) medzi rôznymi druhmi. Na tento účel biológovia určia a potom porovnajú sekvenciu mtDNA od rôznych jedincov alebo druhov. Údaje z porovnaní sa používajú na vytvorenie siete vzťahov medzi sekvenciami, ktoré poskytujú odhad vzťahov medzi jednotlivcami alebo druhmi, z ktorých bola mtDNA odobratá. mtDNA možno použiť na posúdenie vzťahov medzi blízko príbuznými a vzdialenými druhmi. V dôsledku vysokej frekvencie mutácií mtDNA u zvierat sa kodóny na 3. pozícii pomerne rýchlo menia, a tak poskytujú informácie o genetických vzdialenostiach medzi blízko príbuznými jedincami alebo druhmi. Na druhej strane, miera substitúcie mt proteínov je veľmi nízka, takže aminokyselinové zmeny sa hromadia pomaly (so zodpovedajúcimi pomalými zmenami v pozíciách 1. a 2. kodónu) a poskytujú tak informácie o genetických vzdialenostiach vzdialených príbuzných. Štatistické modely, ktoré zvažujú mieru substitúcie medzi pozíciami kodónov oddelene, sa preto môžu použiť na simultánny odhad fylogenéz, ktoré obsahujú blízko príbuzné aj vzdialené druhy.

História objavu mtDNA

Mitochondriálnu DNA objavili v 60. rokoch 20. storočia Margit M. K. Nas a Silvan Nas pomocou elektrónovej mikroskopie ako vlákna citlivé na DNázu v mitochondriách a Ellen Hasbrunner, Hans Tappi a Gottfried Schatz z biochemických analýz vysoko purifikovaných mitochondriálnych frakcií.

Mitochondriálna DNA bola prvýkrát rozpoznaná v roku 1996 počas Tennessee v. Paul Ware. V roku 1998, v súdnom prípade Commonwealth of Pennsylvania v. Patricia Lynn Rorrer, bola mitochondriálna DNA prvýkrát uznaná ako dôkaz v štáte Pennsylvania. Prípad bol uvedený v 55. epizóde 5. série série súdnych súdnych prípadov True Drama (5. séria).

Mitochondriálna DNA bola prvýkrát rozpoznaná v Kalifornii počas úspešného stíhania Davida Westerfielda za únos a vraždu 7-ročnej Danielle van Dam v San Diegu v roku 2002 a bola použitá na identifikáciu ľudí aj psov. Toto bol prvý test v USA na rozpoznanie psej DNA.

databázy mtDNA

Na zber sekvencií mitochondriálneho genómu a ďalších informácií bolo vytvorených niekoľko špecializovaných databáz. Hoci sa väčšina z nich zameriava na sekvenčné údaje, niektoré zahŕňajú fylogenetické alebo funkčné informácie.

MitoSatPlant: mikrosatelitná databáza mitochondriálnych viridiplantátov.

MitoBreak: Databáza bodov zlomu mitochondriálnej DNA.

MitoFish a MitoAnnotator: databáza mitochondriálneho genómu rýb. Pozri tiež Cawthorn a kol.

MitoZoa 2.0: databáza pre porovnávaciu a evolučnú analýzu mitochondriálnych genómov (už nie je k dispozícii)

InterMitoBase: anotovaná databáza a platforma na analýzu interakcie proteín-proteín pre ľudské mitochondrie (naposledy aktualizovaná v roku 2010, ale stále nie je k dispozícii)

Mitome: databáza pre komparatívnu mitochondriálnu genomiku v metazoánoch (už nie je k dispozícii)

MitoRes: zdroj pre nukleárne kódované mitochondriálne gény a ich produkty v metazoánoch (už neaktualizované)

Existuje niekoľko špecializovaných databáz, ktoré uvádzajú polymorfizmy a mutácie v ľudskej mitochondriálnej DNA spolu s hodnotením ich patogenity.

MITOMAP: kompendium polymorfizmov a mutácií v ľudskej mitochondriálnej DNA.

MitImpact: Zbierka predpokladaných predpovedí patogenity pre všetky zmeny nukleotidov, ktoré spôsobujú nesynonymné substitúcie v génoch kódujúcich ľudské mitochondriálne proteíny.

Štruktúra nukleových kyselín.

N.k - sú univerzálnou informačnou makromolekulou bunky, ktorej hlavnou funkciou je: 1) Uloženie dedičnej informácie vo forme genetického kódu. 2) Reprodukcia dedičnej informácie samoduplikáciou alebo replikáciou DNA. 3) Implementácia dedičnej informácie do procesu biosyntézy bielkovín. N. to boli najskôr získané z jadier buniek hnisu. Chemická analýza ukázala, že existujú dva typy DNA: 1) DNA, 2) RNA. DNA sa nachádza v jadre, mitochondriách a centriolách. RNA sa nachádza v jadre, v jadierkach, v ribozómoch a v mitochondriách. Chemicky sú n.c. polyméry pozostávajúce z polynukleotidových reťazcov, monomér n.c. Som nukleotid. V DNA sú 4 typy: A, T, G, C. V RNA je namiesto tymínu uracil. Podľa štruktúry sú adenín a guanín purínové bázy

Vlastnosti a funkcie DNA.

Chemická analýza ukázala, že existujú dva typy DNA: 1) DNA, 2) RNA. DNA sa nachádza v jadre, mitochondriách a centriolách. RNA sa nachádza v jadre, v jadierkach, v ribozómoch a v mitochondriách. Chemicky sú n.c. polyméry pozostávajúce z polynukleotidových reťazcov, monomér n.c. Som nukleotid. V DNA sú 4 typy: A, T, G, C. V RNA je namiesto tymínu uracil. Podľa štruktúry sú adenín a guanín purínové bázy

1 benzénový kruh) T,C,U (pyrimidínové bázy - 2 benzénové kruhy). DNA je špirála pozostávajúca z dvoch polynukleotidových reťazcov. Polynukleotidové reťazce pozostávajú z nukleotidov spojených navzájom vodíkovými väzbami, ktoré tvoria komplementárne páry. V DNA A=T, G=C (Chargaffovo pravidlo 1951). Nukleotidy v každom reťazci DNA sú navzájom spojené tak, že 5. cukrový uhlík predchádzajúceho nukleotidu je spojený s 3. cukrovým uhlíkom nasledujúceho nukleotidu. Vďaka týmto väzbám má molekula DNA dva konce. Priemer špirály LNC je 2 nm. Jedna otáčka špirály je 3,4 nm. Vzdialenosť medzi nukleotidmi je 0,34 nm. Každý závit špirály obsahuje 10 párov nukleotidov. V DNA je niekoľko úrovní organizácie: 1) Primárna štruktúra je poradie usporiadania nukleotidov v komplementárnych reťazcoch. 2) Sekundárna štruktúra - dvojzávitnica DNA. 3) Terciárne - DNA v chromozómoch.

Vlastnosti štruktúry mitochondriálnej DNA.

Mitochondriálna DNA (mtDNA) - DNA lokalizovaná (na rozdiel od jadrovej DNA) v mitochondriách, organelách eukaryotických buniek.

Vo väčšine študovaných organizmov obsahujú mitochondrie iba kruhové molekuly DNA, v niektorých rastlinách sú kruhové aj lineárne molekuly prítomné súčasne a v mnohých protistoch (napríklad nálevníky) sú len lineárne molekuly. Cicavčie mitochondrie zvyčajne obsahujú dve až desať identických kópií kruhových molekúl DNA. V rastlinách každá mitochondria obsahuje niekoľko molekúl DNA rôznych veľkostí, ktoré sú schopné rekombinácie U protistov z radu kinetoplastidov (napríklad trypanozómy) obsahuje špeciálna časť mitochondrií (kinetoplast) dva typy molekúl DNA - identické maxi. -krúžky (20-50 kusov) dlhé asi 21 kb. a minikrúžky (20 000 - 55 000 kusov, asi 300 odrôd, priemerná dĺžka asi 1000 bp). Všetky kruhy sú spojené do jednej siete (katenány), ktorá je zničená a obnovená s každým replikačným cyklom. Maxi-krúžky sú homológne s mitochondriálnou DNA iných organizmov. Každý minikrúžok obsahuje štyri podobné konzervované oblasti a štyri jedinečné hypervariabilné oblasti. Minikruhy kódujú krátke vodiace molekuly RNA (guideRNA), ktoré upravujú RNA transkribovanú z génov maxikruhov. Mitochondriálna DNA (mtDNA) je genóm bunkových organel – mitochondrií. Endosymbiotický pôvod týchto organel určuje semiautonómnu existenciu mitochondriálneho genetického systému. K syntéze DNA v mitochondriách teda dochádza nezávisle od syntézy jadrovej DNA a k dedičnosti tejto cytoplazmatickej genetickej štruktúry – mitochondriálneho chromozómu – normálne dochádza výlučne cez materskú líniu. To dáva autorom podklady na podmienečnú identifikáciu súboru mitochondriálnych génov a akýchkoľvek replikujúcich sa fragmentov mtDNA do samostatného genetického zdroja populácie – mitochondriálneho genofondu. Štruktúry obsahujúce DNA v mitochondriách boli identifikované v 60. rokoch. Za posledné štvrťstoročie sa podrobne študovala štrukturálna a funkčná organizácia mitochondriálneho genómu ľudí a mnohých živočíšnych druhov. Mitochondriálny chromozóm je reprezentovaný kruhovou dvojvláknovou molekulou DNA, ktorá je prítomná v organele vo forme kovalentne uzavretej supercoiled formy spojenej s vnútornou membránou mitochondrie. Každá organela obsahuje 1 až 8 molekúl DNA, čo je 1000 – 8000 kópií na bunku. Jeden organizmus má spravidla jedinú formu mtDNA, t.j. jeden haplotyp zdedený po materskej línii.

Typy RNA v bunkách.

V bunkách sú tri typy RNA: 1) I-RNA (messenger alebo messenger RNA).

2) R-RNA (ribozomálna RNA).

3) T-RNA (transferová RNA)

Messenger RNA sa syntetizuje a prepisuje do DNA a nesie informácie pre syntézu proteínov. R-RNA a T-RNA sa syntetizujú v jadierkach jadra. Jadierko je časť chromozómov, ktorá má satelity. Nukleárna DNA obsahuje gény, na ktorých sú syntetizované R-RNA a T-RNA. R-RNA sa nachádzajú v ribozómoch (malé a veľké podjednotky). Účel: cez malú podjednotku je AK pripojená k T-RNA cez ATP. Rozdiel medzi DNA a RNA: 1) RNA pozostáva z jedného reťazca. 2) RNA má cukor – ribózu. 3) RNA je kratšia ako DNA. 4) T-RNA má formu terciárnej štruktúry. Messengerová (informačná) RNA – RNA, ktorá slúži ako sprostredkovateľ pri prenose informácií zakódovaných v DNA do ribozómov, molekulárnych strojov, ktoré syntetizujú proteíny v živom organizme. Kódujúca sekvencia mRNA určuje aminokyselinovú sekvenciu polypeptidového reťazca proteínu

Transport (tRNA) sú malé molekuly pozostávajúce z približne 80 nukleotidov s konzervatívnou terciárnou štruktúrou. Prenášajú špecifické aminokyseliny na miesto syntézy peptidovej väzby v ribozóme. Každá tRNA obsahuje miesto na pripojenie aminokyseliny a antikodón na rozpoznanie a pripojenie ku kodónom mRNA. Ribozomálna RNA (rRNA) je katalytická zložka ribozómov. Eukaryotické ribozómy obsahujú štyri typy molekúl rRNA: 18S, 5,8S, 28S a 5S. Tri zo štyroch typov rRNA sa syntetizujú v jadierku. V cytoplazme sa ribozomálne RNA spájajú s ribozomálnymi proteínmi a vytvárajú nukleoproteín nazývaný ribozóm. Ribozóm sa pripojí k mRNA a syntetizuje proteín. rRNA tvorí až 80 % RNA nachádzajúcej sa v cytoplazme eukaryotickej bunky