Материнское наследование митохондриальной ДНК

Митохондриальная ДНК передается почти исключительно от матери к ребенку. Поскольку яйцеклетка поставляет эмбриону практически всю цитоплазму и ее митохондрии, в то время как отцовские (спермальные) митохондрии обычно элиминируются, мтДНК индивидуума прослеживается по непрерывной материнской линии, что приводит к неменделевскому, унипарентальному типу наследования.

Definition

Материнское наследование — это передача митохондриальной ДНК от матери всем ее потомкам через цитоплазму яйцеклетки, с незначительным вкладом от отца, что приводит к унипарентальному, неменделевскому типу наследования.

Scope

Эта тема объясняет, почему мтДНК следует материнскому, а не менделевскому типу наследования, клеточную основу потери отцовских митохондрий и последствия для родословных: пораженные матери могут передавать вариант всем своим детям, тогда как пораженные отцы не передают его. Также отмечается использование материнских линий в популяционной генетике. Она не охватывает динамику гетероплазмии или количественное описание «бутылочного горлышка», которые рассматриваются в смежных темах.

Core questions

• Почему митохондриальная ДНК наследуется только от матери?
• Что происходит с отцовскими (спермальными) митохондриями после оплодотворения?
• Какой паттерн родословной создает материнское наследование?
• Чем материнское наследование отличается от аутосомного и Х-сцепленного наследования?
• Почему материнские линии полезны для отслеживания происхождения человека?

Key concepts

• Унипарентальная (материнская) передача
• Цитоплазма яйцеклетки несет митохондриальный набор
• Элиминация отцовских митохондрий
• Вертикальная передача по женской линии
• Пораженные отцы не передают признак
• Митохондриальные гаплогруппы и матрилинейная генеалогия

Mechanisms

При оплодотворении ооцит вносит подавляющее большинство цитоплазмы зиготы и, следовательно, ее митохондрий, порядка сотен тысяч копий мтДНК, в то время как сперматозоид несет сравнительно мало. Отцовские митохондрии, которые все же проникают в яйцеклетку, обычно элиминируются, поэтому мтДНК эмбриона фактически имеет материнское происхождение; Джайлс и его коллеги продемонстрировали этот материнский тип у человека в 1980 году. Результатом является родословная, в которой женщина, несущая вариант мтДНК, может передать его всем своим детям, как сыновьям, так и дочерям, но только ее дочери передают его дальше; пораженный мужчина не передает вариант своим детям. Поскольку мтДНК каждого поколения происходит от одного материнского источника, молекула накапливает варианты, определяющие линии, которые группируют популяции в гаплогруппы, используемые для реконструкции матрилинейного происхождения.

Clinical relevance

Признание материнского наследования помогает объяснить, почему расстройство, вызванное вариантом мтДНК, может появляться в последовательных поколениях по материнской линии и поражать оба пола, но при этом не передается пораженными мужчинами. Этот паттерн является частью того, как клиницисты и семьи рассуждают о митохондриальных состояниях, но данная статья носит образовательный характер и не заменяет индивидуальное генетическое консультирование.

History

Цитоплазматическое, неменделевское наследование наблюдалось у растений и грибов на протяжении десятилетий, но материнское наследование человеческой мтДНК было установлено в 1980 году, когда Джайлс и его коллеги отслеживали варианты сайтов рестрикции в семьях и обнаружили передачу только по материнской линии. Это открытие легло в основу последующего использования мтДНК в исследованиях эволюции человека и признания наследственных митохондриальных заболеваний.

Debates

Вносит ли отцовская мтДНК какой-либо вклад в потомство?

Материнское наследование является правилом, и механизмы активно элиминируют отцовские митохондрии; были описаны и обсуждались единичные сообщения о кажущейся отцовской передаче или «утечке», но они считаются редкими исключениями, а не пересмотром материнской парадигмы.

Key figures

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

Seminal works

• giles-1980

Frequently asked questions

Может ли отец передать митохондриальную ДНК своим детям?

В нормальных условиях нет. Яйцеклетка поставляет митохондрии потомству, а отцовские митохондрии из сперматозоида обычно элиминируются, поэтому мтДНК наследуется от матери.

Если мать является носителем варианта митохондриальной ДНК, кто может его унаследовать?

Все ее дети, сыновья и дочери, могут унаследовать его, потому что вариант передается в цитоплазме яйцеклетки; однако только ее дочери могут передать его следующему поколению.