EREDITÀ MITOCONDRIALE: APPLICAZIONI, PATOLOGIE, PREVENZIONI - BIOLOGIA - 2024

L' eredità mitocondriale è la trasmissione del DNA mitocondriale attraverso l'organello chiamato "mitocondri" e avviene dal genitore ai suoi discendenti. Tipicamente, l'ereditarietà si verifica solo dai mitocondri materni, in modo "matrilineare".

Shiyu Luo e colleghi, tuttavia, hanno pubblicato un articolo nel gennaio 2019 in cui hanno trovato prove che, in rare occasioni, il DNA mitocondriale può essere ereditato da entrambi i genitori.

Modelli di ereditarietà mendeliana vs modelli di ereditarietà mitocondriale (Fonte: BQmUB2011167 tramite Wikimedia Commons)

La maggior parte del materiale genetico nelle cellule eucariotiche si trova all'interno del nucleo cellulare. Tuttavia, una piccola parte del DNA si trova all'interno dei mitocondri.

Il materiale genetico all'interno di questo organello è noto come DNA mitocondriale, che è organizzato in un cromosoma circolare, che nei mammiferi ha una lunghezza compresa tra 16.000 e 16.800 paia di basi.

È stato osservato che mutazioni nel DNA mitocondriale causano gravi malattie negli individui e nella maggior parte dei casi le malattie vengono ereditate da madre a figlio, quando i mitocondri materni hanno mutazioni nel loro DNA.

Tutti i mitocondri dei discendenti provengono da un piccolo gruppo di mitocondri presenti nell'ovulo quando avviene il momento della formazione dello zigote (fusione dell'ovulo e dello sperma) quindi, nella maggior parte dei casi, i mitocondri del feto vengono solo ereditati da sua madre.

Fusione dei gameti e trasferimento dei mitocondri

Al momento della fecondazione dell'ovulo (gamete femminile), lo sperma o il gamete maschile contribuisce con alcuni mitocondri allo sviluppo dell'embrione.

Questo contributo avviene al momento del contatto dello sperma con la membrana plasmatica dell'ovulo, poiché entrambe le membrane si fondono e lo sperma entra nel citoplasma dell'ovulo, svuotandone il contenuto interno.

Nella maggior parte dei taxa del regno animale c'è una "tendenza" verso l'ereditarietà in una forma clonale o uniparentale di mitocondri e DNA mitocondriale (quasi sempre rispetto alle madri). In alcune famiglie di animali esistono meccanismi di distruzione dei mitocondri paterni trasmessi dagli spermatozoi.

L'ovulo nei mammiferi ha centinaia di mitocondri, che rappresentano circa 1/3 del DNA totale di queste cellule sessuali; mentre lo sperma ne ha solo pochi in una regione intermedia tra il flagello e la testa.

Le uova umane hanno più di 100.000 copie di DNA mitocondriale; nel frattempo, lo sperma ha solo circa 100, ma la quantità varia a seconda della specie in questione.

Ciò rende evidente che la stragrande maggioranza dei mitocondri nelle cellule dei discendenti sono di trasmissione materna. Pertanto, se i mitocondri degli ovuli presentano mutazioni dannose o deleterie, queste mutazioni verranno trasmesse ai loro discendenti.

Eredità biparentale

Lo scienziato Hutchinson, nel 1974, fu uno dei primi ad affermare che l'eredità dei mitocondri avveniva in modo strettamente materno (matrilineare). Tuttavia, all'inizio del 20 ° secolo, White e colleghi hanno osservato che in alcune cozze l'eredità mitocondriale non era strettamente materna.

Successivamente, nel 2008, questa osservazione nelle cozze è stata designata come un tipo di "eteroplasmia", che si riferisce alla "fuoriuscita" dei mitocondri e del DNA mitocondriale paterno nella prole.

Molte altre osservazioni hanno identificato la presenza di mitocondri paterni e DNA mitocondriale nelle cozze come naturale.

Shiyu Luo e colleghi hanno identificato tre persone di tre famiglie umane con insolita eteroplasmia del DNA mitocondriale. Queste eteroplasmie non potevano essere spiegate dalla discesa del DNA mitocondriale materno, quindi questi autori hanno eseguito il sequenziamento di nuova generazione del DNA mitocondriale di entrambi i genitori e di entrambi i nonni delle tre persone.

Pertanto, l'insolita eteroplasmia è stata identificata come un prodotto del contributo del DNA mitocondriale di entrambi i nonni, la nonna e il nonno. Inoltre, gli autori hanno identificato altre due famiglie non imparentate che presentano trasmissione mitocondriale biparentale.

Questa ricerca è stata la prima relazione sull'eredità mitocondriale in modo biparentale negli esseri umani.

Luo et al.

applicazioni

Il DNA mitocondriale è stato introdotto nella genetica delle popolazioni, nella filogenesi e negli studi evolutivi dal dottor John C.Avise nel 1979 e oggi questo è uno degli strumenti più potenti per studiare la genetica delle popolazioni di tutti esseri viventi.

Tracciando la genealogia del DNA mitocondriale umano, è stata eseguita un'immensa quantità di studi genetici per cercare di individuare l'origine dell'umanità.

Anche, sulla base del DNA mitocondriale materno, è stato determinato che tutte le persone nel mondo possono essere classificate in circa 40 diversi gruppi di aplotipi mitocondriali, strettamente correlati a diverse aree geografiche del mondo.

Molte case commerciali come "Oxford Ancestor" si offrono di rintracciare tutti gli antenati di persone che utilizzano l'eredità del DNA mitocondriale.

Il fondatore degli antenati di Oxford, Bryan Sykes, ha utilizzato il DNA mitocondriale per classificare tutti gli europei in clan fondati dalle "Sette Figlie di Eva". Questo è il titolo che Sykes ha assegnato a un libro che ha scritto cercando di risalire all'origine di tutti gli europei.

Nel suo libro, Bryan Sykes segue l'eredità mitocondriale di tutti i cittadini europei attraverso il sequenziamento del DNA mitocondriale di migliaia di persone, individuando l'origine di tutti gli europei in sette donne che esistevano prima dell'ultima era glaciale, 45.000 anni fa.

Patologie e prevenzioni

Mutazioni dannose nei geni del DNA mitocondriale causano molteplici malattie a livello sistemico. Queste mutazioni possono essere trasmesse per eredità mitocondriale attraverso la madre e, raramente, il padre.

Una mutazione nel DNA mitocondriale può causare problemi dovuti all'assenza o al danneggiamento degli enzimi coinvolti nella respirazione cellulare. Questo danno porta a una riduzione dell'apporto di ATP delle cellule, causando il malfunzionamento dei sistemi del corpo.

Tuttavia, in molte occasioni le persone ereditano vari tipi di mitocondri dalle loro madri, alcuni funzionali e altri difettosi; pertanto, i mitocondri con geni funzionali possono compensare il malfunzionamento dei mitocondri difettosi.

Modalità di trasmissione delle patologie mitocondriali attraverso la via «matrilineare» (eredità mitocondriale) (Fonte: ghr.nlm.nih.gov tramite Wikimedia Commons)

Attualmente sono in corso ricerche per trasferire nuclei cellulari che possono consentire alle donne che soffrono di malattie causate da mutazioni dannose nei mitocondri di avere figli sani.

Il metodo per trasferire i nuclei consiste nell'estrarre il nucleo cellulare dall'ovulo della madre con i mitocondri colpiti e inserirlo in ovuli normali donati, dai quali è stato precedentemente estratto il nucleo cellulare.

Successivamente, l'ovulo può essere fecondato dallo sperma del partner del paziente in vitro. Questa tecnica ha generato polemiche perché i feti concepiti avrebbero il DNA di tre diversi genitori.

Riferimenti

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