Мітахандрыяльная ДНК Мітахандрыяльная ДНК (мтДНК) — ДНК, якая знаходзіцца (у адрозненне ад ядзернай ДНК) у мітахондрыях, арганоідах эукарыятычных клетак. Гены, закадаваныя ў мітахандрыяльнай ДНК, ставяцца да групе плазмагенаў, размешчаных па-за ядром (па-за храмасомай). Сукупнасць гэтых фактараў спадчыннасці, засяроджаных у цытаплазме клеткі, складае плазмон дадзенага віду арганізмаў (у адрозненне ад геному)[1]. Гісторыя адкрыццяМітахандрыяльная ДНК была адкрыта Маргіт Нас і Сільвен Нас ў 1963 годзе ў Стакгольмскім універсітэце пры дапамозе электроннай мікраскапіі[2] і, незалежна, навукоўцамі Элен Харлсбрунер, Гансам Тупі і Готфрыдам Шацэм пры біяхімічным аналізе фракцый мітахондрый дрожджаў ў Венскім універсітэце ў 1964 годзе.[3] Тэорыі ўзнікнення мітахандрыяльнай ДНКЗгодна з эндасімбіятычнай тэорыяй, мітахандрыяльная ДНК паходзіць ад колцавых малекул ДНК бактэрый і таму мае іншае паходжанне, чым ядзерны геном. Цяпер пераважае пункт гледжання, згодна з якой мітахондрыі маюць монафілетычнае паходжанне, гэта значыць былі набыты продкамі эукарыёт толькі аднойчы. На падставе падабенства ў паслядоўнасцях нуклеатыдаў ДНК бліжэйшымі сваякамі мітахондрый сярод пракарыётаў, якія жывуць цяпер лічаць альфа-пратэабактэрый (у прыватнасці, была прапанавана гіпотэза, што да мітахондрыяў блізкія рыкетсіі). Параўнальны аналіз геномаў мітахондрый паказвае, што ў ходзе эвалюцыі адбывалася паступовае перамяшчэнне генаў продкаў сучасных мітахондрый ў ядро клеткі. Невытлумачальнымі з эвалюцыйнай кропкі гледжання застаюцца некаторыя асаблівасці мітахандрыяльнай ДНК (напрыклад, даволі вялікая колькасць інтронаў, нетрадыцыйнае выкарыстанне трыплетаў і іншыя). З прычыны абмежаванага памеру мітахандрыяльнага геному вялікая частка мітахандрыяльнай бялкоў кадуецца ў ядры. Пры гэтым вялікая частка мітахандрыяльнай тРНК кадуюцца мітахандрыяльным геномам. Формы і колькасць малекул мітахандрыяльнай ДНК У большасці вывучаных арганізмаў мітахондрыі ўтрымліваюць толькі кальцавыя малекулы ДНК, у некаторых раслін адначасова прысутнічаюць і кальцавыя і лінейныя малекулы, а ў шэрагу пратыстаў (напрыклад, інфузорый) маюцца толькі лінейныя малекулы[5]. Мітахондрыі млекакормячых звычайна ўтрымліваюць ад двух да дзесяці ідэнтычных копій кальцавых малекул ДНК.[6] У раслін кожная мітахондрый змяшчае некалькі малекул ДНК рознага памеру, якія здольныя да рэкамбінацыі. У пратыстаў з атрада кінетапластыдаў (напрыклад, у трыпанасомаў) у адмысловым участку мітахондрыі (кінетапласце) змяшчаецца два тыпы малекул ДНК — ідэнтычныя максі-кольцы (20-50 штук) даўжынёй каля 21 т. п. а. і міні-кольцы (20 000-55 000 штук, каля 300 разнавіднасцяў, сярэдняя даўжыня каля 1000 п. а.). Усе кольцы злучаныя ў адзіную сетку (катенаны), якая руйнуецца і аднаўляецца пры кожным цыкле рэплікацыі. Максі-кольцы гамалагічных мітахандрыяльнай ДНК іншых арганізмаў. Кожнае міні-кальцо змяшчае чатыры падобных кансерватыўных ўчастка і чатыры унікальных гіперварыябельных ўчастка.[7] У міні-кольцах закадаваныя кароткія малекулы накіроўваючых РНК (guideRNA), якія ажыццяўляюць рэдагаванне РНК, транскрыбіруемых з генаў максі-кольцаў. Устойлівасць мітахандрыяльнай ДНКМітахандрыяльная ДНК асабліва адчувальная да актыўных формаў кіслароду, якія генеруюцца дыхальнай ланцугом, у сувязі з іх непасрэднай блізкасцю. Хоць мітахандрыяльная ДНК звязана з бялкамі, іх ахоўная роля менш выказана, чым у выпадку ядзернай ДНК. Мутацыі ў ДНК мітахондрый могуць выклікаць спадчынныя захворванні якіяя перадаюць па мацярынскай лініі. Таксама маюцца дадзеныя, якія паказваюць на магчымы ўклад мутацыі мітахандрыяльнай ДНК у працэс старэння і развіццё узроставых паталогій.[8] У чалавека мітахандрыяльная ДНК звычайна прысутнічае ў колькасці 100-10000 копій на клетку (сперматазоіды і яйцаклеткі з'яўляюцца выключэннем). З множнасцю мітахандрыяльнай геномаў звязаны асаблівасці праявы мітахандрыяльных хвароб — звычайна позні іх пачатак і вельмі зменлівыя сімптомы. Мітахандрыяльная спадчыннасцьАтрыманне ў спадчыну па мацярынскай лінііУ большасці мнагаклетачных арганізмаў мітахандрыяльная ДНК перадаецца па мацярынскай лініі. Яйкаклетка змяшчае на некалькі парадкаў больш копій мітахандрыяльнай ДНК, чым сперматазоід. У сперматазоідзе звычайна не больш за дзесятак мітахондрый (у чалавека — адна спіральна закручаная мітахондрыя), у невялікіх яйцаклетках марскога яжа — некалькі сотняў тысяч, а ў буйных аацытах жабы — дзесяткі мільёнаў. Акрамя таго, звычайна адбываецца дэградацыя мітахондрый сперматазоіда пасля апладнення[9]. Пры палавым размнажэнні мітахондрыі, як правіла, перадаюцца выключна па мацярынскай лініі, мітахондрыі сперматазоіда звычайна руйнуюцца пасля апладнення. Акрамя таго, большая частка мітахондрый сперматазоіда знаходзяцца ў аснове жгуціка, які пры апладненні часам губляецца. У 1999 годзе было выяўлена, што мітахондрыі сперматазоідаў пазначаныя убіквіцінам (бялком-меткай, якая прыводзіць да разбурэння бацькоўскіх мітахондрый ў зігоце)[10]. Паколькі мітахандрыяльная ДНК не з'яўляецца высокакансерватыўнай і мае высокую хуткасць муціравання, яна з'яўляецца добрым аб'ектам для вывучэння філагеніі (эвалюцыйнага сваяцтва) жывых арганізмаў. Для гэтага вызначаюць паслядоўнасці мітахандрыяльнай ДНК у розных відаў і параўноўваюць іх пры дапамозе спецыяльных камп'ютэрных праграмаў і атрымліваюць эвалюцыйнае дрэва для вывучаных відаў. Даследаванне мітахандрыяльнай ДНК сабакаў дазволіла прасачыць паходжанне сабакаў ад дзікіх ваўкоў[11]. Даследаванне мітахандрыяльнай ДНК у папуляцыях чалавека дазволіла вылічыць «мітахандрыяльную Еву», гіпатэтычную прамаці ўсіх людзей, якія жывуць у наш час. Атрыманне ў спадчыну па бацькоўскай лінііДля некаторых відаў паказаная перадача мітахандрыяльнай ДНК па мужчынскай лініі, напрыклад, у мідый[12][13]. Атрыманне ў спадчыну мітахондрый па бацькоўскай лініі таксама апісана для некаторых насякомых, напрыклад, для дразафілы,[14] медоносных пчолаў[15] і цыкадаў.[16] Існуюць таксама дадзеныя аб мітахандрыялнай перадачы па мужчынскай лініі ў млекакормячых. Апісаны выпадкі такой перадачы ў спадчыну для мышэй,[17][18] пры гэтым мітахондрыі, атрыманыя ад самца, пасля адрываюцца. Такая з'ява паказана для авечак [19] і кланаванай буйной рагатай жывёлы.[20] Таксама апісаны адзіны выпадак, звязаны з бясплоддзем у мужчыны.[21]. Геном мітахондрыйУ млекакормячых кожная малекула мтДНК змяшчае 15000-17000 пар аснаванняў (у чалавека 16565 пар нуклеатыдаў — даследаванне скончана ў 1981 годзе[22], паводле іншай крыніцы 16569 пар[23]) і змяшчае 37 генаў — 13 кадуюць бялкі, 22 — гены тРНК, 2 — рРНК (па адным гену для 12S і 16S рРНК). Іншыя шматклеткавыя жывёлы маюць падобны набор мітахандрыяльных генаў, хоць некаторыя гены могуць часам адсутнічаць. Генны склад мтДНК розных відаў раслін, грыбоў і асабліва пратыстаў [24] адрозніваецца больш значна. Так, у жгутыканосца-якабіды Reclinomonas americana знойдзены найбольш поўны з вядомых мітахандрыяльных геномаў: ён змяшчае 97 генаў, у тым ліку 62 гена, кадавальныя бялкі (27 рыбасамальных бялкоў, 23 бялкі, якія ўдзельнічаюць у працы электрон-транспартнага ланцуга і ў акісляльнам фасфарыліраванні, а таксама субадзінак РНК-палімеразы). Адзін з найбольш маленькіх мітахандрыяльнай геномаў мае малярыйны плазмодый (каля 6.000 п.а., змяшчае два гены рРНК і тры гены, якія кадуюць бялкі). Нядаўна адкрытыя рудыментарныя мітахондрыі (мітасомы) некаторых пратыстаў (дызентэрыйнай амёбы, мікраспарыдый і лямблій) не ўтрымліваюць ДНК.[25] Мітахандрыяльныя геномы розных відаў грыбоў утрымліваюць ад 19 431 (дрожджы Schizosaccharomyces pombe) да 100 314 (сардарыёміцэт Podospora anserina) пар нуклеатыдаў[26]. Некаторыя расліны маюць велізарныя малекулы мітахандрыяльнай ДНК (да 25 мільёнаў пар аснаванняў), якія пры гэтым змяшчаюць прыкладна тыя ж гены і ў той жа колькасці, што і меншыя мтДНК. Даўжыня мітахандрыяльнай ДНК можа шырока вар'іравацца нават у раслін аднаго сямейства. У мітахандрыяльнай ДНК раслін маюцца некадуючыя паслядоўнасці якія паўтараюцца. Геном чалавека змяшчае толькі па адным праматору на кожную камплементарны ланцуг ДНК[22]. Геном мітахондрый чалавека кадуе наступныя бялкі і РНК:
Асаблівасці мітахандрыяльнай ДНККадавальныя паслядоўнасці (каданом) мітахандрыяльнага геному маюць некаторыя адрозненні ад кадавальных паслядоўнасцяў універсальнай ядзернай ДНК. Так, кодон AUA кадуе у мітахандрыяльным геноме метыянін (замест ізалейцына ў ядзернай ДНК), кадонам AGA і AGG — тэрмінатарные кадоны (у ядзернай ДНК кадуюць аргінін), кадон UGA у мітахандрыяльным геноме кадуе трыптафан[22]. Калі казаць дакладней, то гаворка ідзе не аб мітахандрыяльнай ДНК, а пра мРНК, якая спісваецца (транскрыбуецца) з гэтай ДНК перад пачаткам сінтэзу бялку. Літара U у пазначэнні кадона пазначае урыдзін, які пры транскрыпцыі РНК гена ў замяняе тымін. Колькасць генаў тРНК (22 гена) менш, чым у ядзерным геноме з яго 32 генамі тРНК[22]. У чалавечым мітахандрыяльным геноме інфармацыя настолькі сканцэнтраваная, што ў паслядоўнасцях кадавальных мРНК, як правіла, часткова выдаленыя нуклеатыды, якія адпавядаюць 3'-канцавым тэрмінатарным кадонам[22]. ПрымяненнеАкрамя выкарыстання пры пабудове розных філагенетычных тэорый, вывучэнне мітахандрыяльнага геному — асноўны інструмент пры правядзенні ідэнтыфікацыі. Магчымасць ідэнтыфікацыі звязана з існуючымі ў мітахандрыяльным геноме чалавека групавымі і нават індывідуальнымі адрозненнямі. Паслядоўнасць ўчастка гена субадзінке I цытахром с-аксідазы, кадаваных ў мітахандрыяльнай ДНК, шырока выкарыстоўваецца ў праектах, звязаных з ДНК-баркадаваннем жывёл - вызначэннем прыналежнасці арганізма да таму ці іншаму таксону на аснове кароткіх маркераў ў яго ДНК[27][28]. Для баркадавання раслін выкарыстоўваецца пераважна камбінацыя двух маркераў ў пласціднай ДНК[29]. Група Шухрата Міталіпава з цэнтра эмбрыянальных клетак і геннай тэрапіі Арэгонскага ўніверсітэта распрацавала метад замены мітахандрыяльнай ДНК для лячэння спадчынных мітахандрыяльных захворванняў. Цяпер у Вялікабрытаніі пачатыя клінічныя выпрабаванні гэтага метаду, які атрымаў неафіцыйную назву «3-parent baby technique» - «дзіця ад трох бацькоў». Вядома таксама аб нараджэнні ў выніку гэтай працэдуры дзіцяці ў Мексіцы[30]. Зноскі
Спасылкі
Гл. таксама
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Portal di Ensiklopedia Dunia
