Создав «мушек с тремя родителями», ученые определили у них белок, с помощью которого можно избавиться от эффектов мутаций в митохондриальных генах. Открытие может дать подсказку о том, как справиться с митохондриальными заболеваниями человека, используя ядерную ДНК, передает портал EurekAlert! со ссылкой на Кембриджский университет. Результаты исследования появились в журнале Current Biology.
Митохондрии, - электростанции клетки, представляют собой структуры, которые генерируют почти всю энергию, необходимую клеткам для ее жизнедеятельности. Митохондрии несут свою собственную ДНК – митохондриальную ДНК, которая кодирует 13 белков, необходимых для производства энергии. Она отличается от ДНК в ядре клетки, которая кодирует план для всего организма. В то время как ядерная ДНК выводится наполовину от каждого родителя, митохондриальная ДНК (мтДНК) наследуется исключительно от матери.
У типичной клетки две копии ядерной ДНК и сотни или даже тысячи копий мтДНК. Во время развития и старения организма мтДНК продолжает «возобновлять» себя – и в некоторых копиях могут происходить мутации. Это означает, что люди будут нести смесь мутированных и здоровых митохондриальных геномов, которые постоянно конкурируют друг с другом, чтобы занять лидирующие позиции.
Некоторые из этих мутаций потенциально вредны. В большинстве случае их число в организме человека незначительно. Однако у некоторых людей со временем их становится очень много. Когда доля вредных мутаций превышает 60-80% всех копий мтДНК в клетке, для поддержания нормальной клеточной активности энергии оказывается недостаточно, и появляются симптомы заболевания. Эти симптомы заболевания могут быть в дальнейшем переданы следующему поколению, если мутировавшие митохондриальные геномы также присутствуют в большом количестве в яйцеклетке матери.
Ученые из Института Гурдона при Кембриджском университете создали модель для плодовой мушки, чтобы исследовать, как изменяется количество мутированной мтДНК с течением времени и как повлияет изменение в ядерной ДНК на развитие митохондриальной болезни. Исследователи создали «мушек с тремя родителями», которые наследуют часть своей мтДНК от второй матери. Это делается под микроскопом с использованием крошечных инструментов, где митохондрии от второй матери переносятся в оплодотворенные яйцеклетки мухи, несущие генетическую информацию от их первоначальных матери и отца. Мушки несут два конкурирующих митохондриальных генома, один здоровый и один мутированный, которые обычно сбалансированы и совместно передаются последующим поколениям. Однако изменение в ядерной ДНК может изменить баланс в пользу одного митохондриального генома.
Использование этих трех родительских мушек позволило ученым измерить влияние каждого отдельного ядерного гена на конкуренцию между здоровыми и больными митохондриальными геномами. Они выявили несколько генов ядерной ДНК, которые могли бы ограничить передачу вредного митохондриального генома во время разработки или следующему поколению. Один из этих генов кодирует белок, называемый мтДНК-полимеразой. Уменьшение количества мтДНК-полимеразы увеличивает процент здоровой мтДНК с 20% до 75% всего за одно поколение. Это уничтожило симптомы болезни, и новые мухи стали намного здоровее.
Результаты исследования показывают, что снижение активности гена в ядерной ДНК может практически исключить вредные мутации мтДНК и потенциально может быть использовано для изменения симптомов митохондриальной болезни. Это может стать целью для разработки лекарств против мтДНК-связанных заболеваний.
[Изображение: Current Biology]
