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ADN mitocondrial y recombinación

ADN mitocondrial y recombinación


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En primer lugar, me vendría bien una breve descripción del ADN mitocondrial. ¿Cómo se compara la estructura del ADN en las mitocondrias con el ADN animal (en aras de la simplicidad, digamos humano, algunos animales pueden tener una estructura de ADN inusual) y con qué organismo vivo se parece más el genoma mitocondrial? (¿Circulares como bacterias, tal vez?) Y ¿son homogéneas las mitocondrias dentro de un solo ser humano?

En segundo lugar, y lo más importante para mi objetivo, ¿el genoma mitocondrial se recombina de todos modos? ¿El proceso de recombinación se ve afectado por su estructura? ¿Existen patrones / reglas en la recombinación mitocondrial? ¿Existe una transferencia de ADN entre las mitocondrias que podría tener un efecto similar?

Estoy tratando de pensar en cómo los alelos deletéreos masculinos pueden diseminarse de manera diferente en poblaciones divergentes dada la potencial recombinación a beneficiosa para la mujer (o recombinación lejos de mutaciones deletéreas femeninas).


El ADN mitocondrial es circular, como el ADN bacteriano, y mide alrededor de 16,6 Kb de largo. Codifica 37 genes en total, pero la mayoría de ellos son simplemente la maquinaria para la expresión génica (curiosamente, las mitocondrias tienen una 'tabla' de traducción de codón-> aminoácido ligeramente diferente al ADN nuclear) y, por lo tanto, solo 13 codifican proteínas. Las mitocondrias individuales suelen tener múltiples copias del ADN.

Se cree que las mitocondrias están más estrechamente relacionadas con la bacteria. Rickettsia, un parásito intracelular obligado que causa el tifus. Sin embargo, las mitocondrias están tan degeneradas que han perdido casi todos los genes que tienen las bacterias normales.

Si bien existe un pequeño nivel de heterogeneidad en las mitocondrias en una sola persona porque las mitocondrias se transmiten exclusivamente por la línea femenina, la mayoría de las personas generalmente solo comienzan con una sola población clonal de mitocondrias. Debido a esto, no hay otra población mitocondrial presente con la que el ADN mitocondrial pueda someterse a recombinación.

Sin embargo, el ADN mitocondrial se recombina con el ADN nuclear, ya que los genes se pueden transferir de las mitocondrias al ADN nuclear y, debido a esto, la mayoría de los genes necesarios para la función mitocondrial ahora están codificados no en el ADN mitocondrial sino en el ADN nuclear y sus productos proteicos se transportan a las mitocondrias después de la traducción.


Además de la respuesta de Jack Adley:

Evolutivamente, se cree que las mitocondrias descienden de α-proteobacterium (Rickettsia también son descendientes de esta bacteria).

Hay evidencias de que también se han importado genes nucleares al minigenoma orgánulo. Esto también puede ocurrir debido a la recombinación. Sin embargo, no estoy seguro del caso de las mitocondrias. Dado que la hipótesis actual es que el ADN del organizador que se filtró debido al daño del organizador se incorporó al genoma nuclear, no hay muchas probabilidades de que se produzca una recombinación activa entre los dos. Sin embargo, se han informado recombinaciones inter-mitocondriales, que quizás ocurren durante las fusiones mitocondriales.


Los cromosomas mitocondriales no experimentan recombinación. Replican su ADN de manera asexual, produciendo copias idénticas (excepto por la mutación ocasional). Las mitocondrias no intercambian ni transfieren ADN entre ellas, ya que no tienen ningún mecanismo para ello.

Muy raramente, un fragmento de ADN puede salir de una mitocondria y entrar en otra o en el núcleo de la célula. Se cree que este último tipo de transferencia ha ocurrido varias veces en los más de mil millones de años de existencia de las células eucariotas. La mayoría de los genes necesarios para el funcionamiento mitocondrial están ubicados en el núcleo, no en las mitocondrias, y muchos de esos genes probablemente tenían una fuente mitocondrial de ese tipo. Tener genes mitocondriales en el genoma nuclear es ventajoso, precisamente porque les permite someterse a recombinación y, por lo tanto, permite que las mejoras se propaguen a través de una población de organismos.


La recombinación del ADN mitocondrial parece posible, pero no parece tan común como la recombinación nuclear. Esto es importante porque el ADNmt está sujeto a tasas de mutación mucho más altas y, por lo tanto, estaría sujeto al mismo tipo de degeneración que se ve en el cromosoma Y, es decir, el trinquete de Muller, si no fuera tan pequeño. Sin embargo, el mtDNA se genera considerablemente a lo largo de la vida de un organismo multicelular y este es un posible mecanismo de envejecimiento.


Evolución y herencia del ADN mitocondrial animal: reglas y excepciones

El ADN mitocondrial (ADNmt) se ha estudiado intensamente por sus propios méritos. Su papel para la función de la célula y el organismo sigue siendo un campo fértil, su origen y evolución es parte indispensable de la evolución de la vida y su interacción con el ADN nuclear se encuentra entre los casos más importantes de sinergismo y coevolución genómica. Además, se ha demostrado que el ADNmt es una de las herramientas más útiles en genética de poblaciones y filogenia molecular. En este artículo nos enfocamos en el ADNmt animal y discutimos brevemente cómo han cambiado nuestras opiniones sobre su estructura, función y transmisión, cómo estos cambios afectan la información que hemos acumulado a través de su uso en los campos de la filogenia y la estructura de la población y cuáles son los más importantes. preguntas que quedan abiertas para futuras investigaciones.


Funciones

El ADN mitocondrial es sensible. Estas hebras están presentes en una proporción de 1 mitocondria: 2-10 ADN mitocondrial (ADNmt). Los humanos los heredan por vía materna. Los mecanismos involucrados incluyen la dilución del ADNmt del esperma dentro del óvulo fertilizado. El patrón de ADNmt uniparental se encuentra en la mayoría de los animales y plantas. Las hebras son susceptibles a especies reactivas al oxígeno y comprenden proteínas con una capacidad significativa de reparación del ADN. Son susceptibles al daño oxidativo. Las mutaciones del mtDNA causan enfermedades hereditarias y ayudan al proceso de envejecimiento.

¡Hay entre 100 y 10,000 copias de ADNmt presentes por célula humana! Este material genético se reorganiza mediante recombinación y permanece sin cambios cuando se transmite de padres a hijos. El mtDNA ayuda a rastrear la ascendencia hasta cientos de generaciones. Se compara en la ciencia forense, para identificar cadáveres y restos óseos que no están identificados. Los hilos se utilizan en combinación con evidencia antropológica y circunstancial para establecer posibles coincidencias entre los restos no identificados y las personas desaparecidas.

El mtDNA facilita la evaluación de las relaciones genéticas entre individuos y la cuantificación de la relación evolutiva. Los datos de ADNmt dedicados ayudan a los biólogos a construir una red de relaciones entre varias secuencias. Las secuencias se hacen más grandes, con evidencia de una relación distante o inexistente entre especies. Es muy susceptible a mutaciones somáticas o no hereditarias. Estos ocurren dentro del ADN de algunas células y no se transmiten de generación en generación. Las mutaciones somáticas clásicas en el mtDNA se observan en el cáncer de colon, mama, hígado y estómago e incluso en leucemia y linfoma.

El ADN mitocondrial no puede repararse completamente a sí mismo y, por lo tanto, esto conduce a mutaciones somáticas adicionales. Cuando se alteran los bloques de construcción o los nucleótidos, la capacidad de producción de energía de las mitocondrias se reduce y esto deja al sistema inmunológico combatiendo las infecciones con poca o ninguna ayuda de estas hebras. Las cadenas de ADN son muy importantes para los biólogos y los expertos forenses cuando intentan establecer relaciones vitales entre las personas. Se está explorando para responder a las preguntas comunes que han acosado al hombre durante siglos sobre las posibles rutas evolutivas y el posible cambio de edad. Dentro del cuerpo humano, estos bloques de construcción esenciales respaldan y fortalecen el sistema inmunológico para mantener a raya una serie de dolencias.

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Raro y fugaz: un ejemplo de recombinación interespecífica en ADN mitocondrial animal

Se cree que la recombinación ocurre solo en raras ocasiones en el ADN mitocondrial animal (ADNmt). Sin embargo, la detección de la recombinación del mtDNA requiere que las células se vuelvan heteroplasmáticas por mutación, recombinación intramolecular o "fuga" del mtDNA paterno. La hibridación interespecífica aumenta la probabilidad de detectar recombinantes de ADNmt debido a niveles más altos de divergencia de secuencia y niveles potencialmente más altos de fuga paterna. Durante un estudio de variación histórica en el salmón del Atlántico (Salmo salar) ADNmt, un individuo con un haplotipo recombinante que contiene una secuencia de salmón del Atlántico y trucha marrón (Salmo trutta) fue detectado. El individuo no era un híbrido F1, pero tenía un genotipo nuclear inusual que sugería que era un retrocruzamiento de generación posterior. No se encontró ningún otro haplotipo recombinante similar de la misma población o de tres poblaciones vecinas de salmón del Atlántico en 717 individuos recolectados durante 1948-2002. La recombinación interespecífica puede aumentar la variabilidad del mtDNA dentro de las especies y puede tener implicaciones para los estudios filogenéticos.

Referencias

Altschul S.F, Gish W, Miller W, Myers E.W y amp Lipman D.J

. 1990 Herramienta básica de búsqueda de alineación local. J. Mol. Biol 215, 403–410. Crossref, PubMed, ISI, Google Académico

Andolfatto P, Scriber J.M & amp Charlesworth B

. 2003 No hay asociación entre los haplotipos de ADN mitocondrial y un fenotipo de mimetismo limitado a mujeres en Papilio glaucus . Evolución 57, 305–316. Crossref, PubMed, Google Académico

Bensasson D, Zhang D.-X, Hartl D.L y Hewitt G.M

. 2001 Pseudogenes mitocondriales: testigos fuera de lugar de la evolución. Tendencias Ecol. Evol 16, 314–321.doi: 10.1016 / S0169-5347 (01) 02151-6. Crossref, PubMed, ISI, Google Académico

. 2001 La herencia de genes en mitocondrias y cloroplastos: leyes, mecanismos y modelos. Annu. Rev. Genet 35, 125–148.doi: 10.1146 / annurev.genet.35.102401.090231. Crossref, PubMed, ISI, Google Académico

Ciborowski K.L, Consuegra S, García de Leániz C, Wang J, Beaumont M.A y Jordan W.C

. 2007 La repoblación puede aumentar la diversidad del ADN mitocondrial, pero no detiene la disminución de las poblaciones de salmón del Atlántico en peligro de extinción. Conserv. Gen doi: 10.1007 / s10592-007-9286-2. Crossref, académico de Google

Galbreath P.F y amp Thorgaard G.H

. 1995 Maduración sexual y fertilidad de híbridos diploides y triploides de salmón del Atlántico × trucha marrón. Acuicultura 137, 299–311.doi: 10.1016 / 0044-8486 (95) 01115-3. Crossref, académico de Google

Gantenbein B, Fet V, Gantenbein-Ritter I.A y amp Balloux F

. 2005 Evidencia de recombinación en ADN mitocondrial de escorpión (Scorpiones: Buthidae). Proc. R. Soc. B 272, 697–704.doi: 10.1098 / rspb.2004.3017. Enlace, ISI, Google Académico

García de Leániz C & amp Verspoor E

. 1989 Hibridación natural entre salmón del Atlántico, Salmo salary trucha marrón, Salmo trutta, en el norte de España. J. Fish Biol 34, 41–46.doi: 10.1111 / j.1095-8649.1989.tb02956.x. Crossref, académico de Google

Gyllensten U, Wharton D, Josefsson A y Wilson A.C

. 1991 Herencia paterna del ADN mitocondrial en ratones. Naturaleza 352, 255–257.doi: 10.1038 / 352255a0. Crossref, PubMed, Google Académico

Hoarau G, Holla S, Lescasse R, Stam W.T y amp Olsen J.L

. 2002 Heteroplasmia y evidencia de recombinación en la región de control mitocondrial del pez plano Platichthys flesus . Mol. Biol. Evol 19, 2261–2264. Crossref, PubMed, ISI, Google Académico

Kraytsberg Y, Schwartz M, Brown T.A, Ebralidse K, Kunz W.S, Clayton D.A, Vissing J y Khrapko K

. 2004 Recombinación de ADN mitocondrial humano. Ciencias 304, 981. doi: 10.1126 / science.1096342. Crossref, PubMed, ISI, Google Académico

Kvist L, Martens J, Nazarenko A.A y amp Orell M

. 2003 Fuga paterna de ADN mitocondrial en el carbonero común (Parus mayor) . Mol. Biol. Evol 20, 243–247.doi: 10.1093 / molbev / msg025. Crossref, PubMed, ISI, Google Académico

. 2001 Recombinación en ADN mitocondrial animal: evidencia de secuencias publicadas. Mol. Biol. Evol 18, 2127–2131. Crossref, PubMed, ISI, Google Académico

Lole K.S, Bollinger R.C, Paranjape R.S, Gadkari D, Kulkarni S.S, Novak N.G, Ingersoll R, Sheppard H.W & amp Ray S.C

. 1999 Genomas completos del virus de inmunodeficiencia humana tipo 1 de seroconvertidores infectados con subtipo C en la India, con evidencia de recombinación intersubtipo. J. Virol 73, 152–160. PubMed, Google Académico

. 1997 Recombinación de ADN mitocondrial animal. Naturaleza 387, 247. doi: 10.1038 / 387247a0. Crossref, PubMed, ISI, Google Académico

. 1993 Heteroplasmia en sitios de restricción en anchoa (Engraulis encrasicolus) indica herencia biparental incidental del ADN mitocondrial. Mol. Biol. Evol 10, 319–325. ISI, académico de Google

Pendas A.M, Moran P, Martinez J.L & amp García-Vázquez E

. 1995 Aplicaciones del ADNr 5S en salmón del Atlántico, trucha marrón y en la identificación de híbridos de salmón del Atlántico × trucha marrón. Mol. Ecol 4, 275–276. Crossref, PubMed, Google Académico

Piganeau G, Gardner M y Eyre-Walker A

. 2004 Una amplia encuesta sobre recombinación en mitocondrias animales. Mol. Biol. Evol 21, 2319–2325.doi: 10.1093 / molbev / msh244. Crossref, PubMed, ISI, Google Académico

Rokas A, Ladoukakis E y Zorros E

. 2003 Revisión de la recombinación de ADN mitocondrial animal. Tendencias Ecol. Evol 18, 411–417.doi: 10.1016 / S0169-5347 (03) 00125-3. Crossref, ISI, Google Académico

Rubinoff D, Cameron S y Will K

. 2006 Una perspectiva genómica sobre las deficiencias del ADN mitocondrial para la identificación de "códigos de barras". J. Hered 97, 581–594.doi: 10.1093 / jhered / esl036. Crossref, PubMed, ISI, Google Académico

. 2002 Herencia paterna del ADN mitocondrial. New Engl. J. Med 347, 576–580.doi: 10.1056 / NEJMoa020350. Crossref, PubMed, Google Académico

Shitara H, Hayashi J, Takahama S, Kaneda H y Yonekawa H

. 1998 Herencia materna del mtDNA de ratón en híbridos interespecíficos: segregación del mtDNA paterno filtrado seguida de la prevención de la fuga paterna subsiguiente. Genética 148, 851–857. PubMed, Google Académico

Sutovsky P, Moreno R.D, Ramalho-Santos J, Dominko T, Simerly C y Schatten G

. 2000 Mitocondrias espermáticas ubiquitinadas, proteólisis selectiva y regulación de la herencia mitocondrial en embriones de mamíferos. Biol. Reprod 63, 582-590.doi: 10.1095 / biolreprod63.2.582. Crossref, PubMed, ISI, Google Académico

Thyagarajan B, Papua R.A y amp Campbell C

. 1996 Las mitocondrias de mamíferos poseen actividad de recombinación de ADN homóloga. J. Biol. Chem 271, 27 536-27 543.doi: 10.1074 / jbc.271.44.27536. Crossref, ISI, Google Académico

Tsaousis A.D, Martin D.P, Ladoukakis E.D, Posada D & amp Zouros E

. 2005 Recombinación generalizada en secuencias de ADNmt animales publicadas. Mol. Biol. Evol 22, 925–933.doi: 10.1093 / molbev / msi084. Crossref, PubMed, ISI, Google Académico

Ujarvi B, Dowton M y amp Madsen T

. 2007 Recombinación de ADN mitocondrial en un lagarto australiano en libertad. Biol. letón 3, 189-192.doi: 10.1098 / rsbl.2006.0587. Enlace, Google Académico

Venkatesh B, Dandona N y amp Brenner S

. 2006 El genoma de Fugu no contiene pseudogenes mitocondriales. Genómica 87, 307–310.doi: 10.1016 / j.ygeno.2005.11.007. Crossref, PubMed, Google Académico

. 1991 Hibridación introgresiva en peces: la evidencia bioquímica. J. Fish Biol 39, 309–334.doi: 10.1111 / j.1095-8649.1991.tb05094.x. Crossref, académico de Google


Reevaluación del dogma de la recombinación del ADN mitocondrial humano

Con la teoría de la “Eva mitocondrial” propuesta por Rebecca Cann en los años ochenta, el ADN mitocondrial humano (ADNmt) se ha utilizado como herramienta para estudiar la variación y evolución humanas. Aunque la existencia de recombinación en el mtDNA humano se ha defendido previamente, los estudios que tratan de la variación y la evolución humanas han asumido que el mtDNA humano no se recombina y debe considerarse patológico o muy poco frecuente. Utilizando enfoques tanto directos como indirectos, proporcionamos pruebas consistentes de la recombinación del mtDNA en humanos. Aplicamos el procedimiento de PCR de molécula única para probar directamente la recombinación en individuos multiheteroplasmáticos sin ninguna patología manifiesta. Además, buscamos eventos de recombinación pasados ​​en todos los genomas mitocondriales de más de 15.000 individuos. Los resultados de nuestro estudio actualizan y amplían los hallazgos indirectos seminales y la escasa evidencia directa observada hasta la fecha, allanando el camino para el rechazo definitivo del dogma de no recombinación para el ADNmt humano. El reconocimiento de la recombinación como un evento frecuente en el mtDNA requerirá la descripción de la (s) tasa (s) de recombinación de la población y aplicarla a estudios pasados ​​y futuros que involucren mtDNA. La recombinación del ADNmt afecta nuestro conocimiento de la historia evolutiva humana, con respecto a los tiempos de divergencia de los haplogrupos, así como el tiempo hasta el ancestro común mitocondrial más reciente. Finalmente, la recombinación del mtDNA tendrá un impacto sustancial en nuestra comprensión de la etiología y transmisión de las enfermedades mitocondriales.


REFERENCIAS Y NOTAS

Estudios recientes que abogan por una recombinación significativa entre el ADNmt materno y paterno en humanos (1,2) han generado un debate considerable (3–7). Awadalla et al. (8) han agregado a ese debate un nuevo estudio que presenta una disminución significativa en LD entre sitios de ADNmt con la distancia entre sitios, tanto para humanos como para chimpancés. Argumentando que este efecto es difícil de explicar de otra manera que no sea la recombinación, Awadallaet al. (8) concluyeron que las inferencias sobre la evolución humana y del ADNmt basadas en la presunta herencia clonal "ahora tendrán que reconsiderarse".

En referencia a esa conclusión, Awadalla et al. citó varios artículos importantes que analizaron la variación de la secuencia en la región de control del mtDNA (CR) y que encontraron heterogeneidad extrema en la tasa de mutación entre los sitios (9-12). Otros proponentes de la recombinación del mtDNA también han sugerido que tal aparente heterogeneidad en la tasa de mutación en la CR puede deberse, en cambio, a patrones de recombinación (2). Sin embargo, los datos analizados por Awadalla et al. provienen del genoma completo del mtDNA (datos RFLP), de la región codificante de la proteína del mtDNA (datos de secuencia, humanos) o de dos regiones ampliamente separadas (ND2 y CR, datos de secuencia, chimpancés). Además, su estudio no proporcionó ninguna indicación de la frecuencia con la que tendría que ocurrir la recombinación para producir la correlación negativa entre el desequilibrio de ligamiento y la distancia que informaron. Si la recombinación está causando este efecto, surge una pregunta importante: ¿Podría esa recombinación ser lo suficientemente frecuente como para dar forma a los patrones observados de variación de CR y, por lo tanto, invalidar el vasto cuerpo de trabajo evolutivo humano que se ha basado en secuencias de CR?

Para abordar esa pregunta, repetimos el análisis de Awadalla et al. (8), utilizando una base de datos de secuencias hipervariables de la región 1 y de la región hipervariable 2 del CR de 1278 individuos que representan una variedad de grupos étnicos (103 afroamericanos, 110 afrocaribeños, 98 caucásicos ingleses, 536 caucásicos estadounidenses, 97 hispanos, 115 africanos, 57 asiáticos estadounidenses y 162 japoneses). Analizamos sitios que estaban dos veces degenerados dentro de esta base de datos, y cuya variante minoritaria se encontraba en al menos el 5% de los individuos en la base de datos. Las posiciones analizadas fueron 16069, 16126, 16172, 16187, 16189, 16223, 16224, 16278, 16294, 16304, 16311, 16319, 16362, 73, 146, 150, 152, 153, 182, 195, 198, 204 y 295 [relativo a la secuencia de referencia de Cambridge (13)]. Para todos los pares de sitios, calculamos la medida de LD de Hill y Robertson (14) y la analizamos contra la distancia entre sitios. El coeficiente de correlación de Pearson calculado fue un valor no significativamente positivo de 0.062 [significancia determinada como en Awadalla et al. (8), con 4129 de 5000 réplicas aleatorias que dan una correlación de 0,062 o menos].

Nuestro análisis muestra que en el ADNmt CR humano, no hay indicios de una correlación negativa entre LD y la distancia que señalaría la acción de la recombinación. La proximidad más cercana incluso de los sitios más distantes en nuestro análisis, 795 pb, puede explicar por qué Awadalla et al. detectamos recombinación y nosotros no. No obstante, nuestros resultados sugieren que la recombinación, si ocurre, no es de un nivel que deje un rastro en un conjunto de datos de CR para el cual la heterogeneidad de la tasa de mutación entre los sitios es notoriamente evidente (9-12).

A la luz de ese hallazgo, parece poco probable que nuestra comprensión del patrón y las tasas relativas de evolución de la secuencia dentro del CR del mtDNA requiera una revisión sustancial basada en el Awadalla et al. reporte. Nuestro análisis también sugiere que las pruebas forenses de ADNmt se verán afectadas de manera insignificante por las aplicaciones forenses de recombinación que ya tratan con éxito la mutación intergeneracional (15, 16), claramente un efecto mucho más significativo.


Alan Christensen

Las mitocondrias son ampliamente conocidas como las "centrales eléctricas" de la célula. Son el lugar de la respiración y la mayor parte de la generación de energía en las células. Lo que es menos conocido son las otras funciones que desempeñan en la vida de los organismos, incluida la regulación de las estrategias reproductivas y el control de la muerte celular programada. Las mitocondrias tienen su propio ADN y sistema genético, aunque dependen del núcleo para la síntesis de muchas de sus proteínas.

Las mitocondrias vegetales son considerablemente más complejas que las mitocondrias animales. Sus genomas son mucho más grandes: algunos tienen más de un millón de pares de bases en contraste con los dieciséis mil pares de bases que se encuentran en las mitocondrias humanas. La mayor parte del ADN adicional tiene una función desconocida: hay muy pocos genes adicionales conocidos en las mitocondrias de las plantas en comparación con otros organismos. Los genes de función conocida se encuentran entre los de evolución más lenta conocidos. Al mismo tiempo, el genoma se reordena fácil y frecuentemente y las partes no codificantes del genoma son difíciles o imposibles de comparar entre especies.

Me interesan los mecanismos de replicación, recombinación y reparación del ADN que mantienen los genomas mitocondriales, así como los mecanismos que les permiten expandirse y agregar tanto ADN no codificante. He propuesto un modelo para explicar los hallazgos simultáneos de bajas tasas de mutación en genes y altas tasas de reordenamiento y mutación fuera de los genes. También propuse que el ADN no codificante en las mitocondrias de las plantas es ADN basura sin función.

Mi trabajo actual incluye el desarrollo de un método para transformar Arabidopsis mitocondrias, además de estudiar los mecanismos de reparación del ADN en los genomas mitocondriales.


La enciclopedia del proyecto Embryo

El ADN mitocondrial (ADNmt) es un tipo de ADN ubicado fuera del núcleo en la porción líquida de la célula (citoplasma) y dentro de los orgánulos celulares llamados mitocondrias. Las mitocondrias se encuentran en todas las células complejas o eucariotas, incluidas plantas, animales, hongos y protistas unicelulares, que contienen su propio genoma de ADNmt. En animales con columna vertebral, o vertebrados, el mtDNA es una molécula bicatenaria que forma un genoma circular, cuyo tamaño varía de dieciséis a dieciocho pares de kilo-bases, dependiendo de la especie. Cada mitocondria en una célula puede tener múltiples copias del genoma del mtDNA. En los seres humanos, el óvulo u ovocito maduro contiene el mayor número de mitocondrias entre las células humanas, que van de 100.000 a 600.000 mitocondrias por célula, pero cada mitocondria contiene solo una copia de mtDNA. En el desarrollo embrionario humano, el número de mitocondrias, el contenido de mtDNA en cada mitocondria y la subsecuente actividad del mtDNA afectan la producción de los ovocitos, la fertilización de los ovocitos y el crecimiento y desarrollo embrionario temprano.

Las mitocondrias fueron una vez bacterias de vida libre que se establecieron dentro de una célula eucariota primitiva en el proceso llamado endosimbiosis. Gran parte de la evidencia para la afirmación se encuentra en el genoma del mtDNA y el genoma nuclear. Los genomas evolucionaron conjuntamente y el control de las mitocondrias implica el intercambio de información entre el núcleo y las muchas copias del ADNmt. En el embrión en desarrollo, el noventa y nueve por ciento de las mitocondrias, y por lo tanto el ADNmt, proviene de la madre. Las mutaciones puntuales y deleciones en el mtDNA pueden conducir a enfermedades mitocondriales graves del desarrollo.

En 1890, Richard Altmann, que estudió enfermedades en Alemania, observó la aparición de mitocondrias en muchos tipos diferentes de células animales y notó que eran similares a las bacterias. Altmann propuso que las mitocondrias eran las partículas fundamentales de la vida, o la parte viva de la célula, y en 1896 las llamó bioblastos. En 1901, Carl Benda, un médico de Alemania, nombró a los orgánulos mitocondrias del griego mitos, que significa hilo, y condros, es decir, granos.

En 1963, Margit M. K. Nass y Sylvan Nass publicaron "Fibras intramitocondriales con características de ADN: I. Fijación y reacciones de tinción de Elewtron", que describe el ADN en las mitocondrias de embriones de pollo. Nass y Nass, que trabajaban en el Instituto Wenner-Gren de Biología Experimental de la Universidad de Estocolmo, Suecia, utilizaron un microscopio electrónico para detectar ADN en embriones de pollo. El artículo proporcionó evidencia preliminar de que las mitocondrias contenían ADN (ADNmt), lo que respalda la hipótesis de que las mitocondrias eran descendientes directos de bacterias. En su artículo de 1967 "Sobre el origen de las células mitosis", Lynn (Sagan) Margulis propuso la teoría de la endosimbiosis, que afirmaba que los orgánulos, incluidas las mitocondrias, alguna vez fueron bacterias de vida libre que llegaron a residir dentro de células complejas hace unos dos mil millones de años. atrás.

En las décadas de 1960 y 1970, los investigadores investigaron el ADNmt mediante el uso de mitocondrias de levadura. En 1975, Peter L. Molloy, Anthony W. Limmane y H. B. Lukins publicaron una levadura (Saccharomyces cerevisiae) mapa de secuencia del genoma del ADNmt en "Biogénesis de las mitocondrias: análisis de la deleción de marcadores de resistencia a antibióticos mitocondriales en pequeños mutantes de Saccharomyces cerevisiae. "La secuencia era un borrador de todo el genoma de ADNmt de levadura. De 1974 a 1976, varios laboratorios comenzaron a usar enzimas para romper el ADN en lugares específicos, un método llamado análisis de enzimas de restricción. El uso del análisis de enzimas de restricción dio como resultado mapas de ADNmt de levadura y varias otras especies, incluidos los humanos (Homo sapiens). En 1981, el grupo de Fredrick Sanger en Cambridge, Inglaterra, informó una secuencia completa del genoma del mtDNA humano.

Sanger descubrió que el mtDNA circular en vertebrados consiste en una hebra ligera y una hebra pesada. Ambas cadenas son secuencias codificantes y el proceso de replicación del ADN procede en ambas cadenas simultáneamente en direcciones opuestas. El equipo de Sanger también descubrió que el ADNmt de vertebrados es extremadamente compacto y se conserva a través de la evolución, ya que la mayoría de los animales tienen conjuntos similares de genes mitocondriales. En los vertebrados, el ADNmt codifica treinta y siete productos génicos, y trece de los genes del ADNmt codifican proteínas. Veintidós genes de ADNmt codifican moléculas que transportan los componentes básicos de las proteínas (aminoácidos), llamados ARN de transferencia (ARNt), y dos genes codifican las estructuras donde las células ensamblan proteínas, llamadas ARN ribosomales (ARNr).

En el ADN animal, algunos de los genes de proteínas y ARNr se encuentran junto a un gen de ARNt. Justin C. St. John de la Universidad de Monash en Melbourne, Australia, informó en 2010 que algunas regiones de codificación se superponen, lo que significa que una secuencia de ADNmt codifica más de un producto. La única región que no codifica una proteína es el bucle de desplazamiento (bucle D), que está organizado como una estructura de triple cadena que contiene la principal región reguladora involucrada con la replicación del mtDNA. Por el contrario, el mtDNA de levadura tiene secuencias no codificantes entre la proteína y las secuencias codificantes del gen mtRNA.

Las trece proteínas codificadas en el mtDNA están involucradas en la producción de lo que la célula usa como energía, una molécula llamada adenosina-5'-trifosfato (ATP). Las mitocondrias generan ATP en un proceso llamado fosforilación oxidativa (OXPHOS). Los grandes complejos de proteínas OXPHOS requieren cientos de proteínas, trece de las cuales están codificadas en mtDNA. El ADN del núcleo de la célula (ADNn) codifica las proteínas restantes. Los sistemas específicos transportan las proteínas a las mitocondrias desde el citoplasma. La transcripción del mtDNA está bajo el control de los genomas nuclear y mitocondrial. El genoma del mtDNA y el genoma nuclear trabajan juntos para regular la producción de energía; de lo contrario, pueden ocurrir varios problemas en la célula que pueden afectar a todo el organismo y provocar enfermedades.

Los investigadores informaron por primera vez de un paciente que padecía una enfermedad mitocondrial en 1959, unos años antes de que descubrieran el ADNmt. La paciente era una mujer de Suecia que tenía la tasa metabólica humana más alta registrada en ese momento. Los investigadores afirmaron que el problema que tenía estaba relacionado con un defecto en las mitocondrias. Sus mitocondrias producían energía en forma de ATP y calor, incluso cuando la mujer estaba en reposo, sudaría. El defecto mitocondrial, llamado enfermedad de Luft en honor al endocrinólogo Rolf Luft, quien lo describió por primera vez en 1962, es uno de los trastornos mitocondriales más raros.

En 1988, los científicos comenzaron a describir mutaciones patógenas en el mtDNA. Los investigadores habían estudiado el ADNmt desde 1963, pero los científicos clínicos le prestaron poca atención. En 1988, el grupo de Ian Holt en el Instituto de Neurología de Londres, Reino Unido, identificó deleciones a gran escala de pares de bases de ADNmt en pacientes con enfermedad del músculo mitocondrial (miopatías). En el mismo año, el grupo de Douglas Wallace en la Facultad de Medicina de la Universidad de Emory en Atlanta, Georgia, describió mutaciones en el ADNmt en una familia humana cuyos miembros tenían neuropatía óptica hereditaria de Leber (LHON). LHON produce degeneración del nervio óptico y ceguera. Las mutaciones dentro del mtDNA se relacionan con una serie de trastornos neurológicos primarios. Con una prevalencia de diez de cada cien mil personas, los trastornos son uno de los trastornos neurológicos hereditarios más comunes. Las enfermedades mitocondriales son el resultado de sustituciones de una única base de ADNmt, deleciones de una o varias bases, reordenamiento de secuencias de genes y duplicación de genes. Existen cientos de enfermedades mitocondriales.

Los seres humanos heredan las mitocondrias de sus madres y el mtDNA a través del ovocito. En un embrión femenino humano, los primeros ovocitos primarios se desarrollan a partir de las células germinales primordiales de dos a tres semanas en el proceso de desarrollo del embrión. Según lo informado por varios científicos, el número de mitocondrias en el ovocito primario varía de menos de diez a doscientas. Robert P.S. Jansen en su artículo de 2000 "Pasaje de la línea germinal de las mitocondrias: consideraciones cuantitativas y posibles secuelas embriológicas" informa menos de diez mitocondrias por célula germinal primordial humana. Sin embargo, cuando nace la niña, cada ovocito primario tiene aproximadamente 10,000 mitocondrias por célula. There is another tenfold increase in mitochondrial number during adult growth and development. For most female mammals, the mature oocyte has from 100,000 to 600,000 mitochondria. The amount of mtDNA in each mitochondria in the female germ-line is slightly more mtDNA than the number of mitochondria. Ovarian insufficiency is associated with major depletion of mtDNA in the oocyte.

In the late 1990s, Jacques Cohen at Saint Barnabas Medical Center in Livingston, New Jersey, and his colleagues investigated the phenomenon of ovarian insufficiency. They transferred a small amount of cytoplasm from a cells of a donor who was fertile into the oocytes of a woman who had undergone several rounds of IVF without success. The procedure used by Cohen and his colleagues became called ooplasmic transfer or cytoplasmic transfer. Over the course of four years, at least thirty infants were born using this technique. One problem with ooplasmic transfer, which researchers noted, was that the offspring can retain mtDNA from the mother as well as from the donor. The mixture of mtDNA, called heteroplasmy, can lead to mitochondrial diseases. For example, scientists showed how mice experience problems if their normal mtDNA mixes with dissimilar mtDNA. In 2012, Mark S. Sharpley at the University of Pennsylvania in Philadelphia, Pennsylvania, and his group published a study on mice in which they generated mice with mixtures of different strains of mtDNA. The mice with mixtures had abnormal behavior and cognition.

Scientists correlated mtDNA mutations with a increasing number of diseases, and into the first decades of the twentieth century there were few treatments to alleviate the symptoms. Nuclear transfer is an alternate technique for preventing mitochondrial disease. There are several nuclear transfer techniques. These techniques use a donor oocyte with healthy mtDNA that has its nucleus removed. In 2010, Helen Tuppen's group in the UK at Newcastle University transferred fertilized oocytes to a donor oocyte that had its nucleus removed. A group led by Shoukhrat Mitalipov at Oregon Health and Science University in Beaverton, Oregon, used an unfertilized oocyte, removed the nucleus, transferred it to an unfertilized oocyte of a healthy donor, and then fertilized the oocyte with sperm.

In the United States, the US Food and Drug Administration (FDA) headquartered in Silver Spring, Maryland, regulates reproductive technologies, and the FDA must approve any such techniques before further use. Mitalipov of the Oregon group submitted an application in January of 2012 to use the nuclear transfer procedures. The Human Fertilisation and Embryology Authority headquartered in London, UK, considered permitting mitochondria replacement therapy, and asked for public opinion in early 2013.


Mitochondrial DNA and recombination

mtDNA recombination is known to occur in yeast, plants, fungi and even some invertebrates. There is evidence of occurrence of inter-molecular heterologous mtDNA recombination in mammals including humans according to the linked article, based in part on experiments with human hybrid cells.

I would have thought this extremely unlikely

In mammals all the mitochondrial is from the maternal mitochondria there is nothing for it to recombine with

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In mammals all the mitochondrial is from the maternal mitochondria there is nothing for it to recombine with

I don't know how mtDNA repair or replication would be related to the fact that mtDNA is determined by the maternal line. On the other hand, the paper I cited was in human hybrid cells under experimental conditions, so I don't believe natural mtDNA repair by recombination has been established in humans. Here's a paper discussing the finding of possible intermediates of mtDNA repair by recombination in human heart muscle.


Ver el vídeo: QUÉ es el ADN MITOCONDRIAL? (Mayo 2022).


Comentarios:

  1. Creed

    Tu idea es simplemente genial

  2. Maugore

    Estoy seguro, lo que ya se discutió, use la búsqueda en un foro.

  3. Shalar

    ¿No eres el experto?

  4. Langston

    ¡Nos gustaban todos!

  5. Ghazal

    De acuerdo, esta muy buena idea es solo

  6. Kamuzu

    ¿Habrá una secuela?



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