Maternale Vererbung der mitochondrialen DNA

Mitochondriale DNA wird fast ausschließlich von der Mutter auf das Kind übertragen. Da die Eizelle dem Embryo im Wesentlichen das gesamte Zytoplasma und ihre Mitochondrien liefert, während väterliche (Spermien-)Mitochondrien normalerweise eliminiert werden, lässt sich die mtDNA eines Individuums über eine ununterbrochene mütterliche Linie zurückverfolgen, was ein nicht-Mendelsches, uniparentales Vererbungsmuster erzeugt.

Definition

Maternale Vererbung ist die Übertragung von mitochondrialer DNA von einer Mutter auf alle ihre Nachkommen über das Eizellzytoplasma, mit vernachlässigbarem Beitrag vom Vater, wodurch ein uniparentales, nicht-Mendelsches Vererbungsmuster entsteht.

Scope

Dieses Thema erklärt, warum mtDNA einem maternalen und keinem Mendelschen Muster folgt, die zelluläre Grundlage für den Verlust väterlicher Mitochondrien und die Konsequenzen für Stammbäume: Betroffene Mütter können eine Variante an alle ihre Kinder weitergeben, während betroffene Väter sie nicht weitergeben. Es wird auch die Verwendung mütterlicher Linien in der Populationsgenetik erwähnt. Es behandelt nicht die Dynamik der Heteroplasmie oder den Flaschenhals quantitativ, die in verwandten Themen behandelt werden.

Core questions

• Warum wird mitochondriale DNA nur von der Mutter vererbt?
• Was geschieht mit väterlichen (Spermien-)Mitochondrien nach der Befruchtung?
• Welches Stammbaum-Muster erzeugt die maternale Vererbung?
• Wie unterscheidet sich die maternale Vererbung von der autosomalen und X-chromosomalen Vererbung?
• Warum sind maternale Linien nützlich für die Verfolgung der menschlichen Abstammung?

Key concepts

• Uniparentale (maternale) Übertragung
• Eizellzytoplasma trägt den mitochondrialen Komplement
• Eliminierung väterlicher Mitochondrien
• Vertikale Übertragung über die weibliche Linie
• Betroffene Väter übertragen das Merkmal nicht
• Mitochondriale Haplogruppen und matrilineare Genealogie

Mechanisms

Bei der Befruchtung trägt die Eizelle die überwiegende Mehrheit des Zytoplasmas der Zygote und damit ihrer Mitochondrien bei, in der Größenordnung von Hunderttausenden von mtDNA-Kopien, während ein Spermium vergleichsweise wenige trägt. Väterliche Mitochondrien, die in die Eizelle gelangen, werden normalerweise eliminiert, so dass die mtDNA des Embryos effektiv maternalen Ursprungs ist; Giles und Kollegen demonstrierten dieses maternale Muster beim Menschen im Jahr 1980. Das Ergebnis ist ein Stammbaum, in dem eine Frau, die eine mtDNA-Variante trägt, diese an alle ihre Kinder, Söhne und Töchter gleichermaßen, weitergeben kann, aber nur ihre Töchter sie weitervererben; ein betroffener Mann gibt die Variante nicht an seine Kinder weiter. Da die mtDNA jeder Generation von einer einzigen mütterlichen Quelle abstammt, akkumuliert das Molekül linienbestimmende Varianten, die Populationen in Haplogruppen gruppieren, die zur Rekonstruktion der matrilinearen Abstammung verwendet werden.

Clinical relevance

Das Erkennen der maternalen Vererbung hilft zu erklären, warum eine durch eine mtDNA-Variante verursachte Störung in aufeinanderfolgenden Generationen auf der mütterlichen Seite auftreten und beide Geschlechter betreffen kann, aber nicht von betroffenen Männern übertragen wird. Dieses Muster ist Teil der Art und Weise, wie Kliniker und Familien über mitochondriale Erkrankungen nachdenken, aber der Eintrag ist informativ und ersetzt keine individuelle genetische Beratung.

History

Zytoplasmatische, nicht-Mendelsche Vererbung war seit Jahrzehnten bei Pflanzen und Pilzen beobachtet worden, aber die maternale Vererbung der menschlichen mtDNA wurde 1980 etabliert, als Giles und Kollegen Restriktionsstellen-Varianten in Familien verfolgten und die Übertragung nur über die mütterliche Linie feststellten. Diese Erkenntnis untermauerte die spätere Verwendung von mtDNA in humanevolutionären Studien und die Anerkennung mütterlich vererbter mitochondrialer Erkrankungen.

Debates

Trägt väterliche mtDNA jemals zum Nachwuchs bei?

Maternale Vererbung ist die Regel, und Mechanismen eliminieren aktiv väterliche Mitochondrien; isolierte Berichte über scheinbare väterliche Übertragung oder Leckagen wurden beschrieben und diskutiert, aber sie gelten als seltene Ausnahmen und nicht als Revision des maternalen Paradigmas.

Key figures

• Douglas C. Wallace
• Robert E. Giles
• Howard M. Cann

Seminal works

• giles-1980

Frequently asked questions

Kann ein Vater mitochondriale DNA an seine Kinder weitergeben?

Unter normalen Umständen nicht. Die Eizelle liefert die Mitochondrien des Nachwuchses, und väterliche Mitochondrien aus dem Spermium werden normalerweise eliminiert, so dass die mtDNA von der Mutter vererbt wird.

Wenn eine Mutter eine mitochondriale DNA-Variante trägt, wer kann sie erben?

Alle ihre Kinder, Söhne und Töchter, können sie erben, da die Variante im Eizellzytoplasma weitergegeben wird; jedoch können nur ihre Töchter sie an die nächste Generation weitergeben.