Кіріспе
Ұяшықтағы органеллярлық ДНК тізбектерінің полиморфизмі. Гетероплазма – бір ұяшықта немесе жеке организмде органеллярлық геномның (митохондриялық ДНК немесе пластидтік ДНК) бірнеше түрінің болуы. Бұл митохондриялық аурулардың ауырлығын анықтауда маңызды фактор. Эукариоттық жасушалардың көпшілігінде жүздеген митохондриялар болады, әр митохондрияда митохондриялық ДНК-ның жүздеген көшірмесі бар, сондықтан мутациялар көбінесе тек бірқатар митохондрияларға ғана әсер етеді, ал қалғандары өзгеріссіз қалады. Қолайсыз жағдайлар жақсы зерттелгенімен, гетероплазманың пайдалы жақтары да болуы мүмкін. Мысалы, жүз жылға жуық өмір сүрген адамдарда гетероплазма деңгейі орташа көрсеткіштен жоғары болады. Туған кезде митохондриялық ДНК-ның барлық көшірмелері көптеген адамдарда бірдей деп есептеледі. Микрогетероплазма – митохондриялық геномдардың шамамен 2-5%-ына дейінгі мутациялар, және ол көптеген ересектерде кездеседі. Бұл бір организмдегі жүздеген тәуелсіз мутацияларды білдіреді, әр мутацияның митохондриялық геномдардың шамамен 1-2%-ында кездесуі мүмкін. Өте төмен деңгейдегі гетероплазмалық айырмашылықтар барлық адамдарда, тіпті сау адамдарда да кездеседі және ол мұраға алынған және соматикалық бір базалық өзгерістерге байланысты болуы мүмкін.
Heteroplasmy is the presence of more than one type of organellar genome (mitochondrial DNA or plastid DNA) within a cell or individual. It is an important factor in considering the severity of mitochondrial diseases. Because most eukaryotic cells contain many hundreds of mitochondria with hundreds of copies of mitochondrial DNA, it is common for mutations to affect only some mitochondria, leaving most unaffected. Although detrimental scenarios are well studied, heteroplasmy can also be beneficial. For example, centenarians show a higher than average degree of heteroplasmy. At birth, all copies of mitochondrial DNA are thought to be identical in most humans. Microheteroplasmy is mutations of up to about 2−5% of mitochondrial genomes, and is present in most adults. This refers to hundreds of independent mutations in one organism, with each mutation found in about 1–2% of all mitochondrial genomes. Very low level heteroplasmic variance is present in essentially all individuals, even those who are healthy, and is likely to be due to both inherited and somatic single base substitutions.
Микрогетеропламия
Микрогетероплазма – митохондриялық геномдардың шамамен 2-5% дейінгі мутация деңгейлерінің болуы. Адамның митохондриялық ДНК-сында микрогетероплазма бір организмде жүздеген тәуелсіз мутациялардан тұрады, әр мутация әдетте барлық митохондриялық геномдардың 1-2% -ында кездеседі. Микрогетероплазма мен одан кең таралған гетероплазманы ажырату техникалық факторлармен анықталады. Митохондриялық ДНК-ны ПТР көмегімен классикалық ДНК тізбектеу арқылы тек 10% немесе одан жоғары деңгейдегі мутацияларды ғана анықтауға болады, сондықтан Лин және оның әріптестерінің жұмысына дейін төменгі деңгейдегі мутациялар жүйелі түрде байқалмады. Линнің клондау және тізбектеу стратегиясын қолданғаннан кейін, 1% немесе одан аз деңгейдегі мутацияларды анықтау мүмкіндігі анықталды, осылайша мұндай төмен деңгейлі гетероплазма, яғни микрогетероплазма, өте кең таралған және қазірге дейін табылған адам ДНК-сының мутациялық зақымдануының ең көп кездесетін түрі болып табылады. Қартайған ересектерде митохондриялық ДНК-ның әрбір көшірмесінде орташа есеппен 3,3 мутация бар, олар ақуыз құрылымын өзгертеді. Бұл бұрынғы бағалаулардан үш есе көп. Микрогетероплазманың табылуы митохондриялық қартаю теориясын қолдайды және Паркинсон ауруының пайда болуымен байланысты.
Органеллдік мұрагерлік үлгілері
1909 жылы хлоропласт геномдарын зерттеген кезде Эрвин Баур органеллалардың тұқым қуалау үлгілері туралы алғашқы байқауларын жасады. Органелла геномдарының мұрагерлігі ядролық геномнан өзгеше, және бұл Мендель заңдарының төрт бұзуы арқылы көрсетіледі. Жыныссыз көбею кезінде ядролық гендер жасушалық бөлінулер кезінде ешқашан бөлінбейді. Бұл әрбір жаңа клетканың әрбір геннің көшірмесін алуын қамтамасыз етеді. Дегенмен, гетероплазмалық жасушалардағы органелла гендері бөлініп шыға алады, себебі олардың әрқайсысының геномдарының бірнеше көшірмелері болады. Бұл органелла генотиптерінің әртүрлі пропорцияларына ие жаңа клеткалардың пайда болуына әкелуі мүмкін. Жақында жүргізілген математикалық және эксперименталдық мета-зерттеулер, жасуша бөліну кезінде мтДНК-ның кездейсоқ таралуының және жасуша ішіндегі мтДНК молекулаларының кездейсоқ алмасуының комбинациясын дәлелдеді. Митохондриялық тартылыс тұжырымдамасы – бұл классикалық эволюциялық термин, ол популяцияны азайтатын және нақтылайтын оқиғаны түсіндіру үшін қолданылады. Ол эмбриондағы митохондриялық ДНК-ның анасынан қалай айтарлықтай ерекшеленетінін түсіндіру үшін әзірленді. ДНК-ның үлкен популяциясы іріктелген кезде, әрбір іріктеме популяциясы митохондриялық генотиптердің сәл әртүрлі пропорциясын алады. Соның салдарынан, жоғары деңгейде көбейтумен байланысты, сирек немесе мутацияланған аллель пропорционалды түрде басым бола бастайды. Теориялық тұрғыдан алғанда, бұл митохондриялық генотиптің бір буын ішінде өзгеруіне мүмкіндік береді.
Таңдау
Ол толық сипатталмаған болса да, гетероплазмалық жасушаларда органелла геномдарына таңдау жасалуы мүмкін. Ұяшық ішіндегі ("жасуша ішіндегі") таңдау жеке жасушалар ішінде жүреді. Ол митохондриялық ДНҚ-дағы белгілі бір генотиптердің таңдамалы бөлінуін білдіреді, бұл қолайлы генотиптің гүлденуіне жағдай жасайды. Ұяшықтар аралық ("жасушалар арасындағы") таңдау кең ауқымда жүреді және белгілі бір митохондриялық генотиптің көбірек санына ие жасушалардың басым өсуімен байланысты. Табиғи түрде кездесетін мтДНК түрлері арасындағы таңдау айырмашылықтары гендік терапия үшін қиындықтар тудыруы мүмкін. Митохондриялық ДНҚ-да күшті гермдік тазарту таңдауы, сондай-ақ эмбриогенез кезіндегі тазарту таңдауы бар екенін көрсететін деректер бар. Сонымен қатар, митохондриялық ДНҚ-да мутациялары бар әйелдердің репродуктивті қабілеті дозаға байланысты төмендейді. Бұл зиянды мутациялардың эволюциялық сақталуын болдырмауға арналған тағы бір таңдау механизмін көрсетеді.
Атақты істер
Гетероплазмасы кездейсоқ анықталған, әйтпесе сау адамның айқын мысалы – Ресейдің Николай II, оның гетероплазмасы (және оның інісінің гетероплазмасы) Ресей билігін оның дене қалдықтарының нақтылығына көндіруге көмектесті.