Новое исследование проливает свет на фундаментальный научный принцип, согласно которому митохондриальная ДНК - уникальный генетический код, встроенный в органеллы, служащие энергетическими станциями каждой клетки организма - передается исключительно по материнской линии.
Исследование, проведенное при сотрудничестве Орегонского университета науки и здравоохранения и других учреждений, было опубликовано сегодня в журнале Nature Genetics.
Ученые давно признали тот факт, что митохондриальная ДНК, или мтДНК, в человеческом организме поступает исключительно из яйцеклеток, то есть только мать вносит генетический код, переносимый тысячами митохондрий, необходимых для выработки энергии в каждой клетке тела.
Ранее считалось, что патернальная мтДНК элиминируется вскоре после слияния сперматозоида с ооцитом, или развивающейся яйцеклеткой, во время оплодотворения, возможно, в результате иммуноподобного поиска и уничтожения.
Однако исследование показало, что, хотя зрелые сперматозоиды и содержат небольшое количество митохондрий, в них отсутствует интактная мтДНК.
Исследователи обнаружили, что в сперматозоидах не только нет интактной мтДНК, но и отсутствует белок, необходимый для поддержания мтДНК, известный как митохондриальный транскрипционный фактор A, или TFAM.
Ученые не уверены, почему сперматозоидам не разрешено вносить мтДНК, но Шухрат Миталипов, доктор философии, директор Центра эмбриональной клеточной и генной терапии Орегонского университета науки и здравоохранения, выдвигает теорию, что это может быть связано с тем, что сперматозоид использует большое количество митохондриальной энергии в своем биологическом стремлении оплодотворить яйцеклетку. Таким образом, в нем накапливаются мутации в мтДНК. Развивающиеся яйцеклетки, известные как ооциты, напротив, получают энергию в основном от окружающих клеток, а не от собственных митохондрий, таким образом сохраняя относительно неизмененную мтДНК.
"Яйцеклетки передают действительно хорошую мтДНК хотя бы отчасти потому, что они не используют митохондрии в качестве источника энергии", - говорит Миталипов.
Около 100 органелл в сперматозоиде тонут в сотнях тысяч митохондрий, встроенных в каждую яйцеклетку, каждая из которых несет 37 генов митохондриальной ДНК. Считается, что вклад только материнской мтДНК дает эволюционное преимущество, ограничивая риск накопления мутаций мтДНК, вызывающих заболевания у потомства.
Митохондрии контролируют дыхание и выработку энергии в каждой клетке организма, поэтому мутации в мтДНК могут вызывать целый ряд потенциально смертельных заболеваний, поражающих органы с высокими энергетическими потребностями, такие как сердце, мышцы и мозг.
Чтобы помочь матерям предотвратить передачу известных мтДНК заболеваний своим детям, Миталипов разработал метод под названием заместительная терапия митохондрий для замены мутантной мтДНК здоровой мтДНК из донорских яйцеклеток с помощью экстракорпорального оплодотворения.
Конгресс не разрешил Управлению по контролю за продуктами и лекарствами США контролировать клинические испытания с использованием этой процедуры в США, поэтому клинические испытания вместо этого проводятся за рубежом, в том числе клинические испытания в Великобритании для предотвращения заболеваний и в Греции для лечения бесплодия.
Исследователи пишут, что новое открытие имеет важное значение для человеческой фертильности и терапии половыми клетками.
"Понимание роли TFAM (митохондриального транскрипционного фактора A) во время созревания сперматозоидов и его функции во время оплодотворения может быть ключом к нашей способности лечить определенные расстройства бесплодия и повысить эффективность вспомогательных репродуктивных технологий", - сказал соавтор Дмитрий Темяков, доктор философии, молекулярный биолог из Университета Томаса Джефферсона в Филадельфии.
doi: 10.1038/s41588-023-01505-9
#митохондрии #мтДНК #наследование #материнскаялиния #генетика #исследование #здоровье #медицина #наука #открытие #энергияклетки #дыхание #мутации #заболевания #терапия #оплодотворение #фертильность #OregonHealth
