Митохондрии - это бывшие бактерии, поселившиеся внутри предка современных эукариот в обмен на обеспечение его энергией (подробнее см. в новостях Теория симбиогенеза 50 лет спустя: параллельной эукариотизации, скорее всего, не было, «Элементы», 22.11.2017 и Кишечную палочку научили встраиваться в клетки дрожжей и работать митохондрией, «Элементы», 30.10.2018). С тех пор они растеряли большинство своих генов - у митохондрий человека их осталось всего 37 - однако генетикам известен целый ряд заболеваний, которые определяются мутациями митохондриальной ДНК. Подобно большинству других генетических заболеваний, митохондриальные болезни проявляются системно, а их симптомы разбросаны по всему организму (например, синдром диабета и глухоты). Сильнее всего от нехватки энергии страдают мышцы и нервы, поэтому митохондриальные болезни часто проявляются как миопатии или нейропатии (например, синдром Лея или нейропатия Лебера). Лечение в большинстве случаев пока не разработано, удается лишь иногда справиться с отдельными симптомами.
Один из возможных путей борьбы с митохондриальными заболеваниями - технология «ребенка от трех родителей». Большинство митохондрий (а еще совсем недавно считалось, что вообще все) переходят к ребенку от матери, так как при оплодотворении сперматозоид привносит в яйцеклетку только ядро и одну из центриолей. Следовательно, если мать больна митохондриальным заболеванием, спасти ребенка можно с помощью донорских здоровых митохондрий. Поэтому можно, например, пересадить ядро яйцеклетки матери в цитоплазму яйцеклетки донора (удалив ее собственное ядро, конечно же), а затем оплодотворить in vitro полученный гибрид сперматозоидом отца. В мире уже живет несколько детей, родившихся в результате применения этой технологии. Но ее эффективность доказана не окончательно: в некоторых случаях часть митохондрий с мутациями может попадать в гибридную яйцеклетку и размножаться в ней.
И вот, благодаря статье группы ученых из научных учреждений США, Китая и Тайваня, опубликованной в журнале PNAS в понедельник, оказалось, что наследование митохондрий может происходить не исключительно по материнской линии, и самые разные люди могут оказываться гибридами. Такое состояние, при котором в клетке соседствуют органеллы с различиями в последовательностях ДНК (в том числе - от разных родителей), называют гетероплазмией. Ее раньше обнаруживали у дрожжей, мышей и овец, но с человеком ситуация оставалась неясной. Только в одной работе 16-летней давности был описан случай пациента, у которого достоверно обнаружили отцовскую митохондриальную ДНК, но почему-то только в мышечной ткани (M. Schwartz, J. Vissing. Paternal inheritance of mitochondrial DNA). С тех пор никаких свидетельств наследования митохондрий по отцовской линии добыть не удавалось.
Авторы обсуждаемой статьи исследовали пациентов генетической клиники с подозрением на митохондриальные заболевания. Первый пациент (они называют его А) страдал усталостью, мышечной слабостью и болями - характерная для митохондриальных болезней симптоматика. У одной из его сестер была задержка речи, у деда - сердечный приступ, а у матери - нейропатия, однако ни в одном случае врачи не заподозрили митохондриальных причин. В процессе секвенирования ДНК оказалось, что у пациента А нет никаких характерных мутаций, но необычайно высокий уровень гетероплазмии: 21 вариант последовательности встречался примерно в 60% митохондрий клетки, и еще 10 вариантов - 40%. Такая же ситуация обнаружилась и у ближайших родственников пациента А: сестер и матери (рис. 2). Получается, что мать пациента А унаследовала митохондрии от обоих родителей, а потом передала всю эту смесь детям (без участия митохондрий их отца). Секвенирование митохондриальных ДНК других членов семьи А показало похожую картину. Еще в двух ветвях того же семейства матери унаследовали митохондрии от обоих родителей, а затем передали эту гетероплазмию детям без участия отцов.


Правда, здесь есть еще одна важная деталь. Сперматозоид сильно меньше яйцеклетки, и даже если бы все его митохондрии попали внутрь при оплодотворении, они составили бы меньше процента от всех митохондрий зиготы. Тем не менее, у пациентов из обсуждаемой статьи находят десятки процентов отцовских митохондрий. Значит, помимо способности выживать в цитоплазме яйцеклетки, они должны приобрести способность активно размножаться, чтобы составить конкуренцию материнским митохондриям и потеснить их позиции. Таким образом, речь идет, скорее всего, о выгодном сочетании нескольких мутаций.
Было бы преждевременным утверждать, что эта работа произвела революцию в генетике митохондриальных заболеваний, не говоря уже о построении митохондриальных деревьев и поиске митохондриальной Евы. Все же речь идет только о трех подтвержденных случаях, и можно предположить, что подобный тип наследования встречается достаточно редко и едва ли вносит существенный вклад в эволюционный процесс. Однако это повод отнестись внимательнее к диагностике и лечению митохондриальных болезней. Как минимум, при получении ребенка от трех родителей полезно учитывать, что у него может оказаться уже не двойной, а тройной комплект митохондрий.
Источник: S. Luo, C. A. Valencia, J. Zhang, N.-C. Lee, J. Slone, B. Gui, X. Wang, Z. Li, S. Dell, J. Brown, S. M. Chen, Y.-H. Chien, W.-L. Hwu, P.-C. Fan, L.-J. Wong, P. S. Atwal, T. Huang. Biparental Inheritance of Mitochondrial DNA in Humans // PNAS. 2018. DOI: 10.1073/pnas.1810946115.






Комментарии читателей
на нашу рассылку