Митохондрии в «бутылочном горлышке»
Гетероплазмия – явление, при котором клетка содержит как здоровые митохондрии, так и органеллы с поврежденной ДНК – может вызвать более двухсот митохондриальных болезней и способствовать развитию других, таких как диабет, рак, болезни Паркинсона и Альцгеймера.
Дефекты в мтДНК влияют в первую очередь на органы, которые требуют много энергии, в том числе сердце, мышцы и мозг. Многие митохондриальные болезни представляют собой опасность не только для здоровья, но и для жизни, а способов их лечения не существует.
Внутренняя мембрана каждой митохондрии содержит характерные складки – кристы.
В нормальной митохондрии (слева) эти складки заполняют всё внутреннее пространство,
а нарушение их структуры приводит к дисфункции митохондрии (справа).
Отцовская мтДНК по наследству не передается, и все митохондриальные болезни передаются только по материнской линии. Число мутаций в мтДНК яйцеклеток увеличивается с возрастом женщин, но насколько это влияет на здоровье их детей, до недавнего времени не было известно.
Изучением этого вопроса занялась многопрофильная группа исследователей под руководством Катерины Маковой (Kateryna D. Makova) из Университета штата Пенсильвания. Они взяли образцы крови и клеток слизистого эпителия, полученных соскобом с внутренней стороны щёк, у 39 здоровых пар мать-ребенок. Возраст матерей составлял от 25 до 59 лет.
Секвенирование подтвердило рост числа мутаций в мтДНК яйцеклеток с возрастом. Сюрпризом оказалось бОльшее количество таких мутаций у детей, рожденных от матерей старшего возраста.
Число гетероплазмий в митохондриях клеток слизистой оболочки рта, лейкоцитах и в целом
в зависимости от возраста матерей на момент зачатия.
График: Kateryna Makova lab, Penn State University.
Кроме того, хотя уже известно, что митохондрии в развивающихся яйцеклетках проходят через «бутылочное горлышко» – период, в котором количество молекул мтДНК снижается, ученые не знали, насколько узким местом оно является. Оказалось, что очень узким: количество митохондрий при этом снижается весьма значительно, что намного повышает вероятность появления митохондриальных болезней у детей, рождённых в результате оплодотворения яйцеклетки с большим числом проскользнувших через «узкое место» дефектных митохондрий.
Это особенно важно для матерей, имеющих умеренно выраженные или клинически не проявляющиеся митохондриальные болезни. Для проявления многих митохондриальных заболеваний необходимо, чтобы 70-80% мтДНК несли мутации, нарушающие функцию митохондрий, но для части таких заболеваний, в зависимости от локализации и выраженности мутаций, достаточно всего 10% мутантной мтДНК.
Эта информация может оказаться полезной при планировании семьи. Если предварительное исследование покажет высокую вероятность рождения ребенка с митохондриальными болезнями, врачи при отборе эмбрионов для экстракорпорального оплодотворения смогут проверить их не только на наличие хромосомных аномалий и самых распространенных (или имеющихся у родителей) наследственных заболеваний, но и на количество здоровых митохондрий.
Статья Boris Rebolledo-Jaramillo et al. Maternal age effect and severe germ-line bottleneck in the inheritance of human mitochondrial DNA опубликована в открытом доступе в электронном выпуске журнала Proceedings of the National Academy of Sciences.
Евгения Рябцева
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам The Pennsylvania State University:
Greater Rates of Mitochondrial Mutations Discovered in Children Born to Older Mothers.
15.10.2014