Организация генома митохондрий

Митохондрии – важнейшие клеточные органоиды которые присутствуют во всех эукариотических организмах и являются «энергетическими станциями» клетки.

Согласно теории симбиогенеза, митохондрии образовались из древних прокариотических организмов, чем объясняется наличие в них кольцевой молекулы ДНК.

Суммарно ДНК митохондрий составляет не более 0,5 % от общего количества ДНК в организме. Митохондриальная ДНК представляет собой кольцевую хромосому длиной 16 569 пар нуклеотидов, кодирующую 2 рибосомальные РНК, 22 транспортные РНК и 13 субъединиц ферментных комплексов дыхательной цепи (другие 66 субъединиц кодируются в ядре).

Митохондриальная ДНК (мтДНК) копируется гораздо чаще ядерной ДНК (яДНК) и не защищена гистонами и ДНК-связывающими белками, в связи с чем она более восприимчива к повреждению активными формами кислорода и чаще подвергается мутациям, чем яДНК.

Комбинативная изменчивость в митохондриях отсутствует, так как они не способны к мейозу. Поэтому мтДНК изменяется только в результате мутаций.

Подобно ДНК других эукариотов, мтДНК почти не содержит интронов — неинформативных участков.

Интересно, что обе цепи мтДНК являются транскрибируемыми, а способ кодирования несколько отличается от ядерного.

Митохондриальные болезни

Мутации в мтДНК часто являются причинами нарушения функций митохондрий.

Особенностью митохондриальных заболеваний, обусловленных мутациями мтДНК, является материнский тип наследования (в норме митохондрии передаются только через яйцеклетку).

Стоит отметить, однако, что митохондриальное наследование на первый взгляд можно спутать с X-сцепленным рецессивным наследованием — в обоих случаях болеют дети больной женщины. Разница же заключается в соотношении полов больного потомства: при митохондриальном наследовании все дети имеют равный шанс заболеть, в то время как при X-сцепленном рецессивном наследовании мутация клинически проявляется лишь у потомков мужского пола. Отдельно стоит выделить случаи мутаций de novo, что может спутать понимание характера наследования.

В настоящее время выявлено более 250 точковых мутаций мтДНК. Известно более 200 заболеваний, вызванных этими мутациями. При этом мутация в одном и том же гене мтДНК у разных людей может проявляться в различной степени, вплоть до полного отсутствия клинических проявлений. В связи с этим частота встречаемости митохондриальных заболеваний составляет 1‒2:10 000 человек, хотя мутации мтДНК можно обнаружить примерно в 1 из 200 случаев.

К болезням, причиной которых являются мутации митохондриальных генов, относятся синдромы Кернса-Сейра (нарушения со стороны глаз, атаксия, мышечная слабость, нарушения сердечной проводимости и другие симптомы), Пирсона (вялость, нарушения со стороны крови, кишечника, поджелудочной железы), MELAS (энцефаломиопатия, лактат-ацидоз, инсультоподобные эпизоды) и многие другие.