Группа ученых из Университета Штата Пенсильвания (Penn State, США) открыла так называемый «эффект возраста матери», который позволяет прогнозировать уровень накопления мутаций в митохондриальной ДНК (мтДНК) яйцеклеток и передачи этих мутаций детям. Полученные данные могут проложить путь к новой области в генетическом консультировании.

Поддержка Газеты

Мутации в мтДНК связаны с более чем 200 заболеваниями, такими как сахарный диабет, рак, болезнь Паркинсона и болезнь Альцгеймера. В ходе исследования ученые обнаружили высокий уровень вариантов мтДНК как у детей, рожденных возрастными матерями, так и у самих матерей. Результаты исследования опубликованы в он-лайн версии журнала Proceedings of the National Academy of Sciences.

Митохондрии – это клеточные органоиды, вырабатывающие энергию, необходимую для жизнедеятельности клетки, и содержащие собственную ДНК, кодирующую небольшое число генов.

«Многие митохондриальные заболевания затрагивают более чем одну систему в организме человека, – говори Катерина Макова (Kateryna Makova), профессор биологии, один из ведущих исследователей, – Они действуют на органы, потребляющие большое количество энергии, среди которых сердце, скелетные мышцы и головной мозг. Это разрушительные заболевания, лечения от которых не существует, поэтому наше открытие, касающееся их наследования, очень важно».

Мультидисциплинарная исследовательская команда поставила перед собой цель выяснить, важен ли возраст матери в накоплении мутаций в мтДНК как у матери, так и у ребенка в результате наследования. Совместно с Яном Полом (Ian Paul), педиатром Медицинского Центра Милтона С. Херши при Университете Штата Пенсильвания (Penn State Milton S. Hershey Medical Center, США), исследователи получили образцы крови и клеток эпителия внутренней поверхности щеки (буккального эпителия) у 39 здоровых пар матерей и детей для выделения мтДНК. В связи с тем, что мтДНК наследуется только по материнской линии, отцовская мтДНК не исследовалась. Обследование здоровых пар дало ученым основу для будущих исследований мутаций, вызывающих заболевания.

С помощью секвенирования ДНК исследователи нашли большее количество мутаций у возрастных матерей, участвовавших в исследовании. В исследовании принимали участие женщины от 25 до 59 лет.

«Это открытие неудивительно, поскольку с возрастом клетки продолжают делиться и мутантных генов становится больше», – говорит Макова. Однако обнаружение более высокого уровня мутаций у детей возрастных матерей стало неожиданностью. Исследователи полагают, что как в половых, так и в остальных клетках организма матери протекают сходные процессы.

Кроме того, исследование привело к еще одному важному открытию, касающемуся развития яйцеклеток. Несмотря на то, что было известно о прохождении развивающихся яйцеклеток через период «бутылочного горлышка», в ходе которого уменьшается число молекул мтДНК, ученые не знали, насколько большим или маленьким оно является.

«Если «бутылочное горлышко» велико, то генетический облик материнской митохондрии будет передан детям. Однако если оно узко, то есть, если происходит значительное уменьшение митохондриальных молекул в процессе развития яйцеклетки, то генетический облик ребенка должен значительно отличаться от такового у матери. Мы установили, что это бутылочное горлышко действительно очень невелико», – поясняет Макова.

Эта новость особенно важна для матерей, страдающих митохондриальными заболеваниями. Поскольку митохондрии содержат от 5 до 10 копий молекулы ДНК, при делении органоида копии ДНК случайным образом распределяются между его потомками. В результате мутантные молекулы мтДНК могут накопиться только в некоторых митохондриях. Во многих случаях митохондриальных заболеваний для их проявления необходимо, чтобы 70-80% митохондрий в клетках несли патогенные варианты в мтДНК.

«Когда бутылочное горлышко очень небольшое, как оказалось в нашем исследовании, этот процент может драматически измениться, – говорит Макова, – Зная размер бутылочного горлышка, можно предсказать с некоторым отклонением долю молекул мтДНК, несущих предрасположенность к заболеванию, которые могут быть переданы ребенку».

Информация об эффекте возраста матери и размере бутылочного горлышка важна для планирования семьи. «Сейчас у нас есть возможность прогнозирования, мы можем помочь генетикам в консультировании пар о шансах передачи митохондриальных заболеваний следующим поколениям. Всех волнует синдром Дауна, поскольку это часто встречающееся генетическое нарушение. Теперь мы добавили ряд генетических заболеваний, на которые также может влиять возраст матери. Эта информация поможет парам в принятии решений, касающихся планирования семьи», – говорит Макова.


Внутренняя мембрана каждой митохондрии содержит складки, называемые кристами. У нормальных митохондрий (на фото слева) они заполняют все внутреннее пространство, но выросты пропадают при повреждениях или нарушении функций митохондрий (на фото справа).

Множество редких заболеваний связано с этим типом митохондриальной дисфункции. Предполагается, что и некоторые другие заболевания, среди которых болезнь Альцгеймера, аутизм, рак, сердечнососудистые заболевания, болезнь Паркинсона и сахарный диабет 2 типа, затрагивают митохондрии. (фото: Gary Carlson)

По материалам Penn State

Оригинальная статья:
Boris Rebolledo-Jaramillo, Marcia Shu-Wei Su, Nicholas Stoler, Jennifer A. Mcelhoe, Benjamin Dickins, Daniel Blankenberg, Thorfinn S. Korneliussen, Francesca Chiaromonte, Rasmus Nielsen, Mitchell M. Holland, Ian M. Paul, Anton Nekrutenko, and Kateryna D. Makova. Maternal age effect and severe germ-line bottleneck in the inheritance of human mitochondrial DNA. PNAS, October 2014 DOI: 10.1073/pnas.1409328111

Источник: http://cbio.ru/