Heteroplazmi - Heteroplasmy
Heteroplazmi , bir hücre veya birey içinde birden fazla organel genomunun ( mitokondriyal DNA veya plastid DNA) varlığıdır . Mitokondriyal hastalıkların ciddiyetini dikkate almada önemli bir faktördür . Çoğu ökaryotik hücre , yüzlerce mitokondriyal DNA kopyasına sahip yüzlerce mitokondri içerdiğinden, mutasyonların yalnızca bazı mitokondrileri etkilemesi ve çoğunu etkilenmeden bırakması yaygındır .
Zararlı senaryolar iyi çalışılmış olsa da, heteroplazmi de faydalı olabilir. Örneğin, asırlık insanlar ortalamadan daha yüksek bir heteroplasmi derecesi gösterirler.
Mikroheteroplazmi çoğu bireyde bulunur. Bu, bir organizmadaki yüzlerce bağımsız mutasyonu ifade eder ve her mutasyon tüm mitokondriyal genomların yaklaşık %1-2'sinde bulunur.
Heteroplazmi türleri
Heteroplazminin oluşabilmesi için organellerin bir genom ve dolayısıyla bir genotip içermesi gerekir . Hayvanlarda, mitokondri kendi genomlarını içeren tek organellerdir, bu nedenle bu organizmalar sadece mitokondriyal heteroplazmaya sahip olacaktır. Buna karşılık, fotosentetik bitkiler , her biri plastid genomları içeren mitokondri ve kloroplast içerir . Bu nedenle, bitki heteroplazisi iki boyutta meydana gelir.
Organel kalıtım kalıpları
1909'da Erwin Baur , kloroplast genomlarını incelerken organel kalıtım kalıpları hakkında ilk gözlemleri yaptı. Organel genom kalıtımı nükleer genomdan farklıdır ve bu, Mendel yasalarının dört ihlaliyle gösterilmektedir .
- Eşeysiz üreme sırasında , nükleer genler hücre bölünmeleri sırasında asla ayrılmazlar. Bu, her yavru hücrenin her genin bir kopyasını almasını sağlamak içindir. Bununla birlikte, heteroplazmik hücrelerdeki organel genleri, her biri kendi genomunun birkaç kopyasına sahip olduğu için ayrılabilir. Bu, farklı oranlarda organel genotiplerine sahip yavru hücrelerle sonuçlanabilir.
- Mendel, nükleer alellerin mayoz bölünme sırasında her zaman ayrıldığını belirtir. Ancak organel alelleri bunu yapabilir veya yapmayabilir.
- Nükleer genler, her iki ebeveynden gelen alellerin bir kombinasyonundan kalıtılır ve kalıtımı iki ebeveynli hale getirir. Tersine, organel kalıtımı tek ebeveynlidir, yani genlerin tümü bir ebeveynden miras alınır.
- Nükleer alellerin yaptığı gibi organel alellerinin bağımsız olarak ayrılması da olası değildir, çünkü plastid genler genellikle tek bir kromozom üzerindedir ve rekombinasyon tek ebeveynli kalıtımla sınırlıdır.
bitkisel segregasyon
Bitkisel segregasyon , sitoplazmanın rastgele bölünmesi, organel kalıtımının ayırt edici bir özelliğidir. Hücre bölünmesi sırasında, organeller eşit olarak bölünür ve her bir yavru hücreye rastgele bir plazmit genotip seçimi sağlanır.
tek ebeveynli miras
Tek ebeveynli kalıtım, çoğu organizmada birçok yavrunun organel genlerini yalnızca bir ebeveynden miras aldığı gerçeğini ifade eder. Ancak bu genel bir yasa değildir. Anne ve baba cinsiyetlerini ayırt etme yeteneğine sahip birçok organizma, anne, baba ve çift ebeveynli mitokondriyal DNA karışımı ile yavrular üretecektir.
mitokondriyal darboğaz
Tek ebeveynli kalıtımdan geçen ve çok az veya hiç rekombinasyonu olmayan varlıkların , işlevsellik kaybolana kadar zararlı mutasyonların amansız birikimi olan Muller'in mandalına maruz kalması beklenebilir . Mitokondri hayvan popülasyonları, mtDNA darboğazı olarak bilinen gelişimsel bir süreç yoluyla bu birikimi önler. Darboğaz , bir organizma geliştikçe mutant yükte hücreden hücreye değişkenliği artırmak için hücredeki stokastik süreçlerden yararlanır : bir miktar mutant mtDNA içeren tek bir yumurta hücresi, böylece farklı hücrelerin farklı mutant yüklere sahip olduğu bir embriyo üretir. Hücre düzeyinde seçim, daha sonra, daha mutant mtDNA'ya sahip bu hücreleri çıkarmak için hareket edebilir, bu da nesiller arasında mutant yükte bir stabilizasyona veya azalmaya yol açar. Darboğazın altında yatan mekanizma, hücre bölünmelerinde mtDNA'ların rastgele bölünmesinin ve hücre içinde mtDNA moleküllerinin rastgele devrinin bir kombinasyonu için kanıt sağlayan yakın tarihli bir matematiksel ve deneysel meta çalışma ile tartışılmaktadır.
Mitokondriyal darboğaz kavramı , bir popülasyonu azaltan ve belirleyen bir olayı açıklamak için kullanılan klasik evrimsel terimi ifade eder . Bir embriyodaki mitokondriyal DNA'nın neden annesininkinden önemli ölçüde farklı olabileceğini açıklamak için geliştirildi. Büyük bir DNA popülasyonu alt örneklendiğinde, her örnek popülasyonu biraz farklı oranda mitokondriyal genotip alacaktır. Sonuç olarak, yüksek derecede bir replikasyon ile eşleştirildiğinde, nadir veya mutasyona uğramış bir alel orantılı olarak baskın olmaya başlayabilir. Teoride bu, genel mitokondriyal genotipin tek nesil değişimini mümkün kılar.
seçim
İyi karakterize edilmemiş olmasına rağmen, heteroplazmik hücrelerde organel genomları için seleksiyon meydana gelebilir. Hücre içi ("hücreler içinde") seçim, tek tek hücreler içinde gerçekleşir. Tercih edilen genotipin gelişmesine izin veren mitokondriyal DNA'daki belirli genotiplerin seçici olarak ayrılmasını ifade eder. Hücreler arası ("hücreler arasında") seçim daha büyük bir ölçekte gerçekleşir ve daha fazla sayıda belirli bir mitokondriyal genotipe sahip hücrelerin tercihli büyümesini ifade eder. Hücrelerde karıştırıldığında doğal olarak oluşan, patolojik olmayan mtDNA türleri arasında seçici farklılıklar oluşabilir ve doku tipine, yaşa ve genetik mesafeye bağlı olabilir. Doğal olarak oluşan mtDNA türleri arasındaki seçici farklılıklar, gen terapileri için zorluklar oluşturabilir.
Mitokondriyal DNA'da, embriyogenez sırasında saflaştırma seçiminin yanı sıra güçlü germ hattı arındırıcı seçim için kanıtlar vardır . Ek olarak, mitokondriyal DNA'da mutasyona sahip dişilerde üreme yeteneğinde doza bağlı bir azalma vardır. Bu, zararlı mutasyonların evrimsel korunmasını önlemek için başka bir seçim mekanizmasını göstermektedir.
azaltılmış rekombinasyon
Farklı soylardan gelen organel genlerinin yeniden birleşmesi çok nadirdir. Bu genomlar genellikle tek ebeveynli olarak kalıtılır ve bu da rekombinasyon fırsatı sağlamaz . Biparental olarak kalıtılırlarsa, ebeveynlerden gelen organellerin kaynaşması olası değildir, yani genomları paylaşmayacaklardır.
Ancak aynı soydan gelen organel genlerinin yeniden birleşmesi mümkündür. Molekül içi ve moleküller arası rekombinasyon, kloroplast DNA'sında inversiyonlara ve tekrarlara neden olabilir ve mitokondriyal DNA'da subgenomik daireler üretebilir.
Hastalıkta mitokondriyal mutasyonlar
Mitokondriyal DNA'daki mutasyonlar genellikle tek nükleotid yer değiştirmeleri, tek baz eklemeleri veya silmelerdir.
Her hücre binlerce mitokondri içerdiğinden, neredeyse tüm organizmalar, bir dereceye kadar heteroplazmi veren düşük seviyelerde mitokondriyal varyantları barındırır. Tek bir mutasyon olayı, oluşumunda nadir olsa da, tekrarlanan mitotik ayrışma ve klonal genişleme, zaman içinde mitokondriyal DNA havuzuna hakim olmasını sağlayabilir. Bu gerçekleştiğinde, eşiğe ulaşma olarak bilinir ve genellikle fizyolojik sonuçlara yol açar.
Önem derecesi ve sunum zamanı
Şiddetli heteroplazmik mitokondriyal bozuklukların semptomları genellikle yetişkinliğe kadar ortaya çıkmaz. Bir hücrenin semptomlara neden olacak kadar mutant mitokondri biriktirmesi için birçok hücre bölünmesi ve çok fazla zaman gerekir. Bu fenomenin bir örneği Leber optik atrofisidir . Genellikle bu duruma sahip bireyler yetişkinliğe ulaşana kadar görme güçlüğü yaşamazlar. Başka bir örnek MERRF sendromudur (veya Ragged Red Fibers ile Miyoklonik Epilepsi). In MELAS , heteroplazmi kardeşler arasında hastalığın şiddeti varyasyonu açıklar.
Tarama
Preimplantasyon genetik tarama (PGS), bir çocuğun bir mitokondriyal hastalıktan etkilenme riskini ölçmek için kullanılabilir. Çoğu durumda, yaklaşık %18 veya daha düşük bir kas mutasyon seviyesi, %95 risk azalması sağlar.
Önemli vakalar
Heteroplazmi tesadüfen keşfedilen sağlıklı bir bireyin dikkate değer bir örneği , heteroplazisi (ve erkek kardeşininki ) Rus yetkililerini kalıntılarının gerçekliği konusunda ikna etmeye hizmet eden Rusya'nın II. Nicholas'ıdır .