Гомоплазмия - Википедия - Homoplasmy

Не путать с Гомоплазия.
Клетка в верхнем левом углу является гетероплазматической, что показано нормальными митохондриями фиолетовым цветом и митохондриями с мутацией мтДНК красным цветом. По мере деления этой клетки митохондрии реплицируются и независимо распределяются по дочерним клеткам. Это приводит как к положительной, так и к отрицательной (клетки показаны красным) гомоплазии.

Гомоплазмия это термин, используемый в генетика описать эукариотическую клетку, копии которой митохондриальная ДНК все идентичны.[1] В нормальных и здоровых тканях все клетки гомоплазматичны.[2] Гомоплазматические копии митохондриальной ДНК могут быть нормальными или мутированными;[1] однако большинство мутаций гетероплазматический[2][3] (встречается только в некоторых копиях митохондриальной ДНК). Однако было обнаружено, что гомоплазматические мутации митохондриальной ДНК могут быть обнаружены в опухолях человека.[4]

Термин может также относиться к однородности растения. пластида ДНК, встречающаяся в природе или иным образом.[нужна цитата ]

Наследование

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

Мидия Mytilus edulis является аномалией с точки зрения наследования митохондриальной ДНК. В отличие от почти всех животных, этот вид наследует митохондриальную ДНК от двух родителей, а это означает, что и самец, и самка вносят митохондрии в потомство. Это было обнаружено, когда исследователи поняли, что большинство особей Mytilus edulis население было гетероплазматическим.[5] Исследователи также считают, что это может быть побочным продуктом гибридизации видов.[5]

Мутации

Имеются доказательства как гомоплазматических, так и гетероплазматических унаследованных 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 считается, что нетранслируемая область митохондриальной ДНК особенно восприимчива к мутации.[8] Многие типы рака являются результатом мутаций в мтДНК. Например, определенный тип мутации в одной конкретной области мтДНК обнаружен в нескольких разных типах опухолей.[9]

Митохондрии часто подвергаются деление и синтез, что означает, что разные органеллы в одной клетке могут сливаться вместе, чтобы стать одной митохондрией, или могут распадаться и становиться двумя.[10] Этот процесс можно использовать 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; следовательно, если две митохондрии, имеющие разные ДНК, сливаются вместе, они будут иметь только два типа нуклеоидов. Это означает, что слияние может использоваться для генерации дополнительных нуклеоидов, если мутация приводит к тому, что одна митохондрия перестает функционировать. Кроме того, деление может привести к тому, что одна митохондрия с двумя разными нуклеоидами превратится в две митохондрии, каждая с одним типом нуклеоида.[10] Некоторые исследователи считают, что это может быть полезным инструментом для лечения заболеваний, вызванных мутациями мтДНК.[10]

Наследственные гомоплазматические заболевания

Наследственная оптическая нейропатия Лебера

Наследственная оптическая невропатия Лебера (LHON) - это заболевание у людей, которое чаще всего связано с гомоплазмией.[7] Это состояние характеризуется атрофией ганглиозные клетки сетчатки, что приводит к центральной слепоте и, в конечном итоге, к полной слепоте.[11] Хотя он передается от матери, он чаще встречается у молодых мужчин, чем у мужчин другого возраста или пола, что заставляет исследователей полагать, что существует множество других генетических факторов или факторов окружающей среды, которые способствуют развитию заболевания.[11] В частности, исследователи полагали, что генетический компонент вне митохондрий находится на Х-хромосоме; однако в многочисленных исследованиях не было обнаружено никаких выводов, подтверждающих это.[12][13] Факторы окружающей среды, в частности сигаретный дым, влияют на LHON. пенетрантность.[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, пораженных LHON, а некоторые от людей, которые были просто носителями. Исследователи обнаружили, что конденсат сигаретного дыма снижает количество митохондрий в клетках, но люди-носители могут лучше компенсировать это, чем люди с LHON.[11] Хотя есть дополнительный экологический эффект,[11] есть больше информации о том, почему одни гомоплазматические люди страдают этим заболеванием, а другие нет.

Рак

Некоторые исследования показали, что наследственная гетероплазматическая мутация может вызывать рак в более старшем 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 по 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 появлению гомоплазматических клеток, вызывающих рак.[6]

Смотрите также

Примечания и ссылки

  1. ^ а б Гетероплазмия против гомоплазмы. Медицинский факультет Университета Майами. Доступ 21 октября 2012 г.
  2. ^ а б c d Димауро, Сальваторе; Давидзон, Гвидо (2005). «Митохондриальная ДНК и болезнь». Анналы медицины. 37 (3): 222–232. Дои:10.1080/07853890510007368. PMID  16019721.
  3. ^ Ballana, E .; Govea, N .; de Cid, R .; Garcia, C .; Arribas, C .; Rosell, J .; Эстивилл, X. (2008). «Обнаружение нераспознанной низкоуровневой гетероплазмы мтДНК может объяснить вариабельную фенотипическую экспрессивность явно гомоплазматических мутаций мтДНК». Гм. Мутат. 29 (2): 248–257. Дои:10.1002 / humu.20639. PMID  17999439.
  4. ^ Coller, HA; Храпко, К; Бодак, Н.Д .; Нехаева, Э; Herrero-Jimenez, P; Тилли, WG (2001). «Высокая частота гомоплазматических мутаций митохондриальной ДНК в опухолях человека может быть объяснена без отбора». Природа Генетика. 28 (2): 147–50. Дои:10.1038/88859.
  5. ^ а б Hoeh, Walter R .; Блэкли, Карен Х .; Браун, Уэсли М. (1 января 1991 г.). «Гетероплазмия предполагает ограниченное бипартильное наследование митохондриальной ДНК Mytilus». Наука. 251 (5000): 1488–1490. Дои:10.1126 / science.1672472. JSTOR  2875830.
  6. ^ а б c d Гаспар, Джузеппе; Иоммарини, Луиза; Порселли, Анна-Мария; Ланг, Мартин; Ферри, Джан Гаэтано; Курелак, Ивана; Зунтини, Роберта; Мариани, Элиза; Пенниси, Люсия Фьямметта (1 марта 2009 г.). «Унаследованная деструктивная мутация митохондриальной ДНК переходит в гомоплазмию онкоцитарных опухолевых клеток». Человеческая мутация. 30 (3): 391–396. Дои:10.1002 / humu.20870. ISSN  1098-1004. PMID  19086058.
  7. ^ а б Уоллес, Дуглас С.; Сингх, Гурпаркаш; Лотт, Мари Т .; Ходж, Джуди А .; Schurr, Theodore G .; Lezza, Angela M. S .; Эльзас, Луи Дж .; Никоскелайнен, Еева К. (1988). «Мутация митохондриальной ДНК, связанная с наследственной оптической невропатией Лебера». Наука. 242 (4884): 1427–1430. Дои:10.1126 / science.3201231. JSTOR  1702331. PMID  3201231.
  8. ^ Lightowlers, Роберт Н .; Чиннери, Патрик Ф .; Тернбулл, Дуглас М .; Хауэлл, Нил (1997). «Митохондриальная генетика млекопитающих: наследственность, гетероплазмия и болезни» (PDF). Тенденции в генетике. 13 (11): 450–455. Дои:10.1016 / S0168-9525 (97) 01266-3. Получено 8 февраля 2016.
  9. ^ Гаспар, Джузеппе; Порселли, Анна-Мария; Бонора, Елена; Пенниси, Люсия Фиамметта; Толлер, Маттео; Иоммарини, Луиза; Гелли, Анна; Моретти, Массимо; Беттс, Кристин М. (22 мая 2007 г.). «Деструктивные мутации митохондриальной ДНК в субъединицах комплекса I являются маркерами онкоцитарного фенотипа в опухолях щитовидной железы». Труды Национальной академии наук. 104 (21): 9001–9006. Дои:10.1073 / pnas.0703056104. ISSN  0027-8424. ЧВК  1885617. PMID  17517629.
  10. ^ а б c Гилкерсон, Роберт В .; Schon, Eric A .; Эрнандес, Эвелин; Дэвидсон, Мерси М. (30 июня 2008 г.). «Митохондриальные нуклеоиды сохраняют генетическую автономию, но допускают функциональную комплементацию». Журнал клеточной биологии. 181 (7): 1117–1128. Дои:10.1083 / jcb.200712101. ISSN  0021-9525. ЧВК  2442202. PMID  18573913.
  11. ^ а б c d е Джордано. «Сигаретная токсичность вызывает наследственную оптическую невропатию Лебера, влияя на количество копий мтДНК, окислительное фосфорилирование и пути детоксикации ROS». Смерть клетки и болезнь. Получено 8 апреля 2016.
  12. ^ Пегораро, Елена; Веттори, Андреа; Валентино, Мария Л .; Молон, Аннамария; Mostacciuolo, Maria L .; Хауэлл, Нил; Карелли, Валерио (15 мая 2003 г.). «Образец X-инактивации в нескольких тканях от двух пациентов с наследственной оптической невропатией Лебера (LHON)». Американский журнал медицинской генетики, часть A. 119A (1): 37–40. Дои:10.1002 / ajmg.a.10211. ISSN  1552-4833. PMID  12707956.
  13. ^ Handoko, H. Y .; Вирапати, П. Дж .; Sudoyo, H.A .; Ситепу, М .; Марзуки, С. (1 августа 1998 г.). «Картирование мейотической точки останова предложенного X-сцепленного локуса восприимчивости к потере зрения при наследственной оптической нейропатии Лебера». Журнал медицинской генетики. 35 (8): 668–671. Дои:10.1136 / jmg.35.8.668. ISSN  1468-6244. ЧВК  1051394. PMID  9719375.

внешняя ссылка