De ce ADN-ul mitocondrial se transmite aproape exclusiv de la mamă?
Copilul primește aproximativ jumătate din ADN-ul nuclear de la mamă și jumătate de la tată. Însă în cazul ADN-ului mitocondrial funcționează o regulă complet diferită: acesta se transmite aproape exclusiv pe linie maternă. Cel mai interesant este că și spermatozoizii au mitocondrii. Atunci unde dispar acestea după fertilizare?
Spermatozoidul are nevoie de mitocondrii — dar numai până în momentul fertilizării
Mitocondriile spermatozoidului sunt localizate în principal în partea sa mediană și furnizează energia necesară deplasării către ovocit. Cu alte cuvinte, ele își îndeplinesc rolul principal înainte de fertilizare.
Ovocitul este o poveste complet diferită. Este o celulă enormă în comparație cu spermatozoidul și conține un număr foarte mare de mitocondrii proprii. Acestea formează baza „rezervei” mitocondriale a viitorului embrion.
Diferența este uriașă: ovocitul conține sute de mii de copii de ADN mitocondrial, în timp ce spermatozoidul are incomparabil mai puține. Dar nu este vorba doar despre cantitate.
Mitocondriile paterne au pătruns în ovocit. Ce se întâmplă apoi?
După fertilizare, celula dispune de mecanisme speciale care recunosc componentele spermatozoidului care nu mai sunt necesare. Mitocondriile paterne sunt, de regulă, marcate și distruse cu ajutorul sistemelor celulare de degradare.
Ca rezultat, materialul genetic nuclear al tatălui rămâne și devine parte a genomului embrionului, în timp ce mitocondriile sale practic nu participă la formarea genomului mitocondrial al copilului. Astfel apare o asimetrie genetică neobișnuită: tatăl transmite copilului ADN nuclear, dar aproape niciodată ADN mitocondrial.
De ce a apărut în natură un astfel de sistem?
Unul dintre avantajele importante ale acestui mecanism este evitarea amestecării a două populații diferite de mitocondrii.
Mitocondriile au propriul lor genom de dimensiuni reduse — ADN-ul mitocondrial (ADNmt). Dacă embrionul ar moșteni în mod regulat o cantitate semnificativă de mitocondrii atât de la ovocit, cât și de la spermatozoid, în aceeași celulă ar putea coexista variante diferite de ADNmt.
Moștenirea maternă permite transmiterea genomului mitocondrial predominant dintr-o singură sursă.
Tocmai de aceea bolile mitocondriale au un model special de moștenire
Dacă în ADN-ul mitocondrial al unei femei există o variantă patogenă, aceasta poate fi transmisă copiilor săi. Un bărbat care prezintă o astfel de variantă a ADNmt, de regulă, nu o transmite generației următoare.
Există și o altă particularitate. În celulele unei femei pot exista simultan variante normale și modificate ale ADN-ului mitocondrial — fenomen numit heteroplasmie. Proporția lor poate varia de la un țesut la altul și se poate modifica în timpul transmiterii către generația următoare. Tocmai de aceea, estimarea riscului anumitor boli mitocondriale poate fi mai complexă decât în cazul moștenirii obișnuite a unei singure gene.
Aici devine clară logica terapiei de substituție mitocondrială
Particularitatea transmiterii ADNmt stă la baza conceptului de terapie de substituție mitocondrială (MRT). Principiul acesteia este păstrarea materialului genetic nuclear al viitorilor părinți, utilizând în același timp mitocondriile sănătoase ale unui ovocit donat. Cu alte cuvinte, donatoarea nu oferă întregul set genetic al ovocitului, ca în programul clasic de donare de ovocite, ci un mediu mitocondrial sănătos.
Aici este important raportul dintre cele două tipuri de material genetic: cea mai mare parte a informației genetice umane se află în nucleu — peste 20.000 de gene. ADN-ul mitocondrial conține doar 37 de gene. De aceea, MRT este fundamental diferită de utilizarea unui ovocit donat.
Un ADN mic, cu o importanță uriașă
ADN-ul mitocondrial reprezintă doar o mică parte din materialul nostru genetic, însă mecanismul transmiterii sale este unic.
Mama transmite copilului atât ADN nuclear, cât și ADN mitocondrial. Tatăl — aproape exclusiv ADN nuclear. Tocmai de aceea, liniile mitocondriale pot fi urmărite de-a lungul generațiilor pe linie maternă, iar modificările ADNmt necesită o abordare separată în medicina reproductivă.
Iar această particularitate, care timp de milioane de ani a reprezentat o regulă a moștenirii genetice, stă astăzi la baza uneia dintre cele mai interesante tehnologii ale medicinei reproductive moderne — terapia de substituție mitocondrială.
