به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، وراثت تک والدینی DNA میتوکندری (mtDNA) یک ویژگی تکاملی است که تقریباً در تمام یوکاریوت‌ها یافت می‌شود. در بسیاری از گونه‌ها، از جمله انسان، میتوکندری اسپرم در طی لقاح به تخمک وارد می‌شود. مکانیسم‌های فرض شده برای جلوگیری از انتقال mtDNA پدری شامل یوبی کوئیتیناسیون میتوکندری اسپرم و میتوفاژی است. با این حال، مکانیسم‌های ایجاد کننده حذف mtDNA پدری تعریف نشده است، تحقیقات جدید بینشی در مورد این اصل علمی ارائه می‌دهد که DNA میتوکندری - کد ژنتیکی متمایز تعبیه شده در اندامک که به عنوان نیروگاه هر سلول در بدن عمل می‌کند - منحصراً توسط مادر منتقل می‌شود. این مطالعه که با همکاری دانشگاه علوم و بهداشت اورگان و سایر موسسات انجام شده است، در مجله Nature Genetics منتشر شده است.

ژنوم میتوکندری انسان (mtDNA) و اختلالات ناشی از آن

ژنوم میتوکندری انسان (mtDNA) یک DNA غیرترکیبی دایره ای به طول 16.5 کیلو باز است که در چندین نسخه در هر سلول وجود دارد. تقریباً منحصراً از مادر به ارث می‌رسد. MtDNA نرخ جهش بالاتری نسبت به ژنوم هسته ای دارد. جهش‌ها می‌توانند منجر به حضور مخلوطی از هاپلوتیپ‌های mtDNA در یک فرد شوند، پدیده‌ای که هتروپلاسمی نامیده می‌شود. بنابراین می‌توان گفت که میتوکندری‌ها زیر واحدهای سلولی هستند که انرژی تولید می‌کنند و بیماری‌های میتوکندری از شایع ترین اختلالات ژنتیکی هستند. آنها در یک نفر از هر 5000 نفر رخ می‌دهند و می‌توانند طیف گسترده ای از مشکلات سلامتی را ایجاد کنند، از خستگی تا ناتوانی‌های رشدی تا تشنج تا عملکرد قلب به خطر افتاده و بینایی ضعیف. از هر هشت زن در جمعیت عمومی، یک نفر ناقل بیماری میتوکندری است. این زنان نسخه‌هایی از DNA میتوکندری خود را حمل می‌کنند که حاوی جهش‌های بیماری زا است که می‌تواند به فرزندان آنها منتقل شود، اما خود از این بیماری رنج نمی‌برند. پیش بینی احتمال انتقال DNA میتوکندریایی عامل بیماری توسط زنان ناقل به فرزندانشان چالش برانگیز بوده است. DNA میتوکندری از بقیه DNA سلول که در هسته قرار دارد جدا است. برخلاف DNA هسته ای که از هر دو والدین به ارث می رسد، DNA میتوکندری از مادر به ارث می‌رسد. هر میتوکندری حامل دو تا ده نسخه از DNA میتوکندری است که ممکن است به دلیل جهش‌ها - جایگزینی، درج یا حذف حروف DNA - که در برخی موارد منجر به بیماری میتوکندری می‌شود، کمی متفاوت باشد. اینکه آیا یک جهش منجر به بیماری میتوکندری می‌شود یا نه، و شدت بیماری، اغلب به نسبت DNA میتوکندریایی فرد که حامل جهش است بستگی دارد.

mtDNA پدری و فاکتور رونویسی TFAM

دانشمندان مدت‌هاست که به این واقعیت پی برده‌اند که DNA میتوکندری یا mtDNA منحصراً از سلول‌های تخمک در انسان می‌آید، به این معنی که تنها مادر در کد ژنتیکی حمل شده توسط هزاران میتوکندری لازم برای تولید انرژی در هر سلول بدن مشارکت می‌کند. پیش از این، اعتقاد بر این بود که mtDNA پدری به زودی پس از ترکیب شدن اسپرم با تخمک یا تخمک در حال رشد در طی لقاح، احتمالاً از طریق یک پاسخ جستجو و از بین بردن ایمنی مانند حذف می شود. با این حال، این مطالعه نشان داد که در حالی که اسپرم‌های بالغ تعداد کمی میتوکندری را حمل می‌کنند، اما فاقد mtDNA سالم هستند و همینطور فاقد فاکتور رونویسی میتوکندری A (TFAM) - پروتئین نوکلوئیدی اصلی مورد نیاز برای محافظت، حفظ و رونویسی mtDNA است. در طول اسپرماتوژنز، سلول‌های اسپرم ایزوفرم TFAM را بیان می‌کنند، که در ابتدا میتوکندری را حفظ می‌کند ولی معمولاً با وارد کردن میتوکندری حذف می‌شود. بنابراین فسفوریلاسیون این پیش توالی از ورود میتوکندری جلوگیری می‌کند و TFAM را به هسته اسپرم هدایت می‌کند. جابجایی TFAM از میتوکندری اسپرماتوگونیا به هسته اسپرم مستقیماً با حذف mtDNA ارتباط دارد و در نتیجه توارث مادری در این گونه را توضیح می‌دهد.

چرا اسپرم مجاز به مشارکت mtDNA نیست؟

شوخرات میتالیپوف، یکی از نویسندگان، مدیر مرکز سلول‌های جنینی و دکترا، می‌گوید: «ما دریافتیم که هر سلول اسپرم، زمانی که یک تخمک را بارور می‌کند، 100 یا بیشتر میتوکندری را به عنوان اندامک می‌آورد، اما هیچ mtDNA در آنها وجود ندارد.  محققان دریافتند که سلول‌های اسپرم نه تنها فاقد mtDNA دست‌نخورده هستند، بلکه فاقد پروتئین ضروری برای نگهداری mtDNA هستند که به عنوان فاکتور رونویسی میتوکندری A یا TFAM شناخته می‌شود. اما دانشمندان هنوز مطمئن نیستند که چرا اسپرم مجاز به مشارکت mtDNA نیست، میتالیپوف این نظریه را مطرح می‌کند که ممکن است به این واقعیت مربوط باشد که یک اسپرم از انرژی میتوکندری زیادی در انگیزه بیولوژیکی خود برای بارور کردن تخمک استفاده می‌کند. بنابراین جهش در mtDNA انباشته می‌شود. در مقابل، تخمک‌های در حال رشد که به نام اووسیت شناخته می‌شوند، انرژی را عمدتاً از سلول‌های اطراف می‌گیرند، نه از میتوکندری خود، بنابراین mtDNA نسبتاً بکری را حفظ می‌کنند. میتالیپوف گفت: "اووسیت حداقل تا حدودی mtDNA بسیار خوبی را منتقل می‌کنند زیرا از میتوکندری به عنوان منبع انرژی استفاده نمی‌کنند."

اهمیت mtDNA مادری

حدود 100 اندامک در اسپرم توسط صدها هزار میتوکندری که در هر سلول تخمک جاسازی شده‌اند - هر کدام حامل 37 ژن در DNA میتوکندریایی هستند. اعتقاد بر این است که سهم تنها mtDNA مادری با محدود کردن خطر تجمع جهش‌های mtDNA که باعث بیماری در فرزندان می‌شود، یک مزیت تکاملی ایجاد می‌کند. میتوکندری‌ها تنفس و تولید انرژی را در هر سلول بدن کنترل می‌کنند، بنابراین جهش در mtDNA می‌تواند باعث ایجاد طیفی از اختلالات بالقوه کشنده شود که بر اندام‌هایی مانند قلب، ماهیچه و مغز تأثیر می‌گذارد. برای کمک به مادران در جلوگیری از انتقال اختلالات شناخته شده mtDNA به فرزندانشان، میتالیپوف روشی به نام درمان جایگزینی میتوکندری را برای جایگزینی mtDNA جهش یافته از طریق لقاح آزمایشگاهی با استفاده از mtDNA سالم از تخمک های اهداکننده پیشگام کرد.

درک نقش TFAM در طول بلوغ اسپرم

کنگره سازمان غذا و دارو را از نظارت بر آزمایش‌های بالینی با استفاده از این روش را در ایالات متحده منع کرده است، بنابراین آزمایش‌های بالینی به جای آن در خارج از کشور انجام می‌شود، از جمله آزمایش‌های بالینی در بریتانیا برای پیشگیری از بیماری و در یونان برای درمان ناباروری. محققان می‌نویسند که این کشف جدید پیامدهای مهمی برای باروری انسان و درمان سلول‌های زاینده دارد. دکتر دیمیتری تمیاکوف، زیست شناس مولکولی، نویسنده مقاله، گفت: درک نقش TFAM در طول بلوغ اسپرم و عملکرد آن در طول لقاح ممکن است کلید توانایی ما در درمان برخی اختلالات ناباروری و افزایش کارایی فناوری‌های کمک باروری باشد.

پایان مطلب/.