Mitokondriyal DNA, sadece annelerden değil babalardan da alınabilir.
İlkel biyolojinin prensibi olan mitokindriler hücrenin güç merkezleri ve onların DNA sının yalnızca miras alınmasıdır. Yapılan ilginç bir çalışmayla babalarında zaman zaman katkıda bulunduğunu göstermektedir.
Ökaryotik organizmaların DNA'sı iki hücresel bölümde depolanır. Bu yapılar hücrelerin çekirdeği ve hücrenin çalışmasını sağlamakla görevli besinleri enerjiye dönüştüren muazzam organel olan mitokondrilerdir . Çekirdek annemizin yumurtasından ve yarısı babamızın sperminden oluşan 46 çift olarak paketlenmiş genlerimizi barındırır. Mitokondriyal DNA ‘nın (mtDNA) sadece maternal yumurta hücrelerinden geliştiğine inanılır ve babalık katkısı yoktur. (1) Bu görüşe göre sadece mitokondriyal DNA anneden gelir bizlerin mitokondri DNA ‘ sı annemizden bize kalmıştır düşüncesini savunan bir yargıdır.
Luo ve ark (2) insanlarda katı maternal mtDNA kalıtımının doğmasına meydan okumakta ve nadir durumlarda babanın mtDNA ‘sını yavrularına aktarabileceğine dair güçlü kanıtlar sunmaktadır.
İnsan yumurtaları 100,000 kopyadan daha fazla mtDNA içerirken , sperm yaklaşık 100 kopya barındırır (3). İlk hipotezler , paternal mtDNA moleküllerinin döllenmiş yumurtadaki maternal mtDNA ‘lara göre sayıca seyreltildiğini ancak tek hücreli alg Chlamydomonas reinhardtii (4) ve medaka fish (5) gibi çeşitli organizmalardan elde edilen kanıtların paternal olduğunu gösterdi ve mtDNA döllenmeden sonra hızla elimine edildi. Araştırmacılar onlarca yıldır sağlıklı organizmaların neden hücresel güçlerini sadece bir ebevynden aldıklarını ve bu şekilde miras kalan mitokondriyal genlerin sağladığı olası evrimsel avantajlar üzerine spekülasyonlar yaptı.
Sağlıklı bireyin mtDNA molekülleri çoğunlukla aynıdır. Ancak mtDNA mutasyonların neden olduğu hastalıkları olan insanlarda normal ve mutant mtDNA molekülleri tipik olarak tek bir hücrede bir arada bulunur. Bir arada bulunan bu yapıya ise ‘’heteroplazmi’’ (6) denir. Hastalık şiddeti genellikle hücrelerde mutant mtDNA miktarı ile ilişkilidir. Bu yapı kişinin annesi embriyo (7) oluştuğunda meydana gelen olaylarla ilişkilidir. Dişi embriyoda gelişmekte olan yumurtalar mtDNA kopyalarının önce sayısının ilk önce azaltıldığı ve daha sonra 100,000 kopya ya yükseltildiği bir mtDNA şişe boynundan geçmektedir. (8) (9) Buna göre bireysel bir kadının olgun yumurtalarında ve bu nedenle de yavruların hücrelerinde değişken miktarlarda mutant ve normal mtDNA bulunur. Bu yapı mtDNA mutasyonlarının neden olduğu hastalıkların ciddiyetini etkiler ve aynı aileden bireyler (7) arasında çok farklı tezahürlere yol açabilir.
Luo ve meslektaşları , maternal kalıtımla açıklanamayan mtDNA heteroplazmalı üç aileyi tanımlayarak çeşitli sonuçlar elde etmeye çalışmıştır. Hikayeye göre mitokondriyal hastalığı olduğundan şüphenilen genç bir çocukla başlamıştır. Araştırmacılar , yüksek çözünürlüklü mtDNA sıralamasını ( dizilimini) gerçekleştirdi , ancak hastalığa neden olan mtDNA mutasyonlarını belirleyemedi. Bununla birlikte ,yapılan analizleri alışılmadık derecede yüksek mtDNA heteroplasmi seviyelerinin varlığını tespit etti. Şaşırtıcı bir şekilde aynı olağan dışı mtDNA varyasyon modeli çocuğun ; annesinde ve iki sağlıklı kız kardeşinde olduğunu bulmuşlardır.
Şekil 1 | Mitokondriyal DNA (mtDNA) 'nın baba mirasını ortaya çıkaran soy ağacı. Luo ve diğ . (2), birçok kişinin yüksek seviyede mtDNA heteroplazisi (aynı hücrede farklı genetik varyantların varlığı) bulunduğu bir ailenin birkaç üyesinin mtDNA'sını sıraladı. Bu mtDNA değişkenliği, bir bireyin aynı siluetinde iki renk ile gösterilir. Analiz, heteroplazmalı bireylerin bazılarının mtDNA'yı her iki ebeveyinden miras aldığını ve olağan maternal mtDNA kalıtım modelini bozduğunu gösterdi. Luo ve diğ. babalık mtDNA'yı devralma yeteneğinin genetik bir özellik olduğunu öne sürüyor.
Luo ve ark bu gizemi mtDNA modelinin kaynağını takip etmek için araştırmalarını önceki nesle genişletti yani aile soy ağacını çıkararak oluşabilecek her olgu ve olayı araştırmıştır.Çoğunun anne büyükanne ve büyük babasının mtDNA ‘sının sırlanması( diziliminde) beklenmedik bir değişim gözlendi. Bu değişim olağandışı mtDNA modeli , her iki büyükbabadan da mtDNA ‘ nın ürünü gibi gözlendi. Araştırmacılar , iki taraflı mitokondriyal aktarımı olan iki ek ve ilgisiz aileyi tanımlamaya devam etti . Benzer senaryo baba tarafından miras alınan mtDNA varyantı (10) olan mitokondriyal hastalığı olan bir bireyde daha önce gözlenmiş ve bu raporlar insanlarda biparental mitokondriyal kalıtım için önemli kanıtlar oluşturmuştur.
İnsan hastalıklarına neden olan mtDNA mutasyonları başlangıçta 1988 ‘de rapor edildi (6) (7) (11) (12) ve o zamandan bu yana 200 ‘den fazla mutasyon türü keşfedilmiştir.Bunların çoğu heterojen olarak gerçekleşmiştir. Plazmik bağlam , daha çok atasal mtDNA ‘nın mutasyonlarının tahmini sıklığı ve sık kullanılan soy ve evrim çalışmalarında , hemde adli kimlik çalışmalarında kullanılır. İnsan mtDNA da arkeolojide değerli araç görevi görür çünkü boyutu ( 16.569 baz çifti ) ve dairesel şekli , onu nükleer DNA ‘ya (yaklaşık 3 mliyar baz çifti olan) göre bozulmaya karşı daha dirençli hale getirir. (13)
Luo ve ark mtDNA heteroplazisinin hastalığa neden olan bir değişken içermediğinde teşhislerde sıklıkla göz ardı edildiğini öne sürmüştür. Bu yargı bir dereceye kadar doğru olsa da bu derin DNA dizilimi çağında tatmin edici olmayan bir açıklama olmuştur. Bununla birlikte Luo ve arkadaşlarının bulguları , atipik heteroplazinin daha fazla örneğini ortaya çıkarmak isteyenler için mevcut kapsamlı küresel mtDNA sıralama verilerinin yeniden değerlendirmesini sağlamalıdır.Eğer mtDNA ‘ ya babalık katkısı daha önce fark edillenden daha yaygınsa , bu durum bazı evrimsel varsayımına dayanarak yapılan çoğu zaman mtDNA sekansı değişmin tahminlerine dayandığı için , insan evrimi için öngörülen bazı zamanlamaları değiştirebilir.
MtDNA ve heteroplazminin biparental kalıtımı Luo ve ark tarafından çalışılan bazı bireylerde hastalık semptomlarına denk gelse de araştırmacıların verileri hastalık ile doğrudan bir etki göstermemektedir. Aslında çalışmacıların mitokondriyal hastalığa sahip olduğundan emin olamamışlardır , çünkü bu tanıyı doğrulamak için özel bir inceleme yapılmamıştır.
Potansiyel paternal mtDNA kalıtım vakalarının belirlenmesi için daha fazla çalışmaya ihtiyaç vardır.Özellikle bu bilgi akatrımının önlenmesi amacıyla mitokondriyal- bağış terapisi ( üç ebeveynli bebekler) alakalı hastalığa neden olan yavrusuna mtDNA ‘sını (14) ancak potansiyel olarak biri donörden diğeri anneden iki tür mtDNA olan bireyler üretilebilir ve aktarılabilir
Döllenmiş yumurta veya gelişmekte olan embriyodaki paternal mtDNA ‘nın miktarı , mevcut olduğunda mutant maternal mtDNA ‘ nın olumsuz etkilerini azaltmak için kısıtlı olarak kullanılabilinir mi ? Bu ilginç bir seçenek olabilir ancak gerçeklikten oldukça uzak bir düşüncedir..Babanın mtDNA moleküllerinin anlamlı oranlara ulaşması için maternallere kıyasla kayda değer oranda çoklu bir avantaja sahip olması gerekecektir.
Luo ve arkadaşlarının elde ettiği bulgular ;çocuk sahibi olmayı düşünen ve hastalığa neden olan mtDNA mutasyonları taşıyan bireyleride etkileyecektir ancak çok büyük bir olasılık söz konusu değildir, çünkü baba mitokondriyal aktarım insanlarda aşırı derecede nadir gözlenen bir olaydır . Bu keşif klinik uygulamayı doğrudan etkilecek olmasından çok ilginç bir kavramsal temelini temsil ediyor.
Önceki çalışma (15) hücrelerin kendi mitokondrilerini ‘’yedikleri’’ süreç olan mitofajinin paternal mitokondrinin seçici olarak yok edilmesinde rol oynadığını göstermiştir.Hızla genişleyen memeli mitofajisi hakkındaki in vivo bilgisine bakıldığında , bu nadir görülen paternal mtDNA iletimi örnekleri kusurlu mitokondriyal kazanca bağlı olabilir
Luo ‘daki baba mtDNA ‘sının kalıtım kalıbı ve arakadaşlarının çalışması , otozomlardan birinin (cinsiyet dışı kromozomlar) üzerinde henüz tanımlanamayan bir genin , paternal mitokondriyal eliminasyonu önleyen biparental mitokondriyal aktarımı önlenmesini sağlayan ve sinyal yollarını deşifre etmek için heyecan verici bir fırsat sağlayacaktır.
Çeviren ve Derleyen : Azize Özen
https://www.nature.com/articles/d41586-019-00093-1 Nature 565 , 296-297 (2019)
Kaynakça
1. ( Hutchison, CA III, Newbold, JE, Potter, SS ve Edgell, MH Nature 251 , 536-538 (1974).
2. Luo, S. ve diğ. Proc. Natl Acad. Sci. ABD 115 , 13039-13044 (2018).
3. Hecht, N. B., Liem, H., Kleene, K. C., Distel, R. J. & Ho, S. Dev. Biol. 102, 452–461 (1984).
4. Sager, R. & Lane, D. Proc. Natl Acad. Sci. USA 69, 2410–2413 (1972).
5. Nishimura, Y. et al. Proc. Natl Acad. Sci. USA 103, 1382–1387 (2006).
6. Holt, I. J., Harding, A. E. & Morgan-Hughes, J. A. Nature 331, 717–719 (1988).
7. Gorman, G. S. et al. Nature Rev. Dis. Primers 2, 16080 (2016).
8. Hauswirth, W. W. & Laipis, P. J. Proc. Natl Acad. Sci. USA 79, 4686–4690 (1982).
9. Shoubridge, E. A. Hum. Reprod. 15 (Suppl. 2), 229–234 (2000).
10. Schwartz, M. & Vissing, J. N. Engl. J. Med. 347, 576–580 (2002).
11. Wallace, D. C. et al. Science 242, 1427–1430 (1988).
12. Huber, N., Parson, W. & Dür, A. Forens. Sci. Int. Genet. 37, 204–214 (2018).
Genetik Haberleri
-
Allopatrik türleşme nedir ? Nasıl Gelişir ?
-
Maryland’teki “Kölelerin” Yaşayan 42.000 Akrabası Bulundu
-
Araştırmacılar kediler, yunuslar, kuşlar ve düzinelerce başka hayvanın genom haritasını çıkarıyor
-
Kolombiya'da nadir görülen bir kuş türünde "gynandromorphy" gözlemlendi
-
Kurumaya dayanıklı bitkiler için genom veritabanı yayınlandı
-
En son DNA barkodlama teknolojisiyle İsrail'in tatlı su balık türleri listesinin yeniden gözden geçirilmesi
-
İnsanların Daha Önce Bilinmeyen Bir Dokunma Duyusu Keşfedildi
-
Bilim İnsanları Tüm İnsan Genomunun Dizilimini Çıkardı. Ancak Henüz Bitmedi
-
İlk Defa Tazmanya Kaplanından RNA Elde Edildi
-
Neandertal DNA’nız, Sizi Acıya Karşı Daha Hassas Yapıyor Olabilir
-
Epigenetik ve Epigenetik Mekanizmalar
-
İlk taslaktan 20 yıl sonra insan Y kromozomu tamamen dizilendi.
-
Kim Bu Kimerizm? Tek Bedende İki Kişi
-
Gen terapi, genetik materyalin yeniden düzenlenmesi
-
mRNA Aşıları: Genetik İnovasyonunun Yeni Yüzü ve Sağlıkta Devrimi