Cấu trúc và Tổ chức của DNA ty thể

DNA ty thể của người là một phân tử nhỏ, dạng vòng, sợi đôi, dài khoảng 16.569 cặp bazơ, mã hóa một tập hợp gen cô đọng thiết yếu cho quá trình phosphoryl hóa oxy hóa. Cấu trúc dày đặc, gần như không có intron, hai sợi có thành phần khác biệt và một vùng kiểm soát không mã hóa ngắn gọn đã làm cho nó khác biệt so với bộ gen nhân lớn hơn nhiều.

Definition

DNA ty thể (mtDNA) là bộ gen dạng vòng, sợi đôi, đa bản sao nằm trong ty thể; ở người, nó dài khoảng 16,6 kilobazơ và mã hóa 13 polypeptide chuỗi hô hấp, 22 RNA vận chuyển và 2 RNA ribosom, với một vùng kiểm soát không mã hóa chính duy nhất.

Scope

Chủ đề này mô tả hình dạng vật lý, nội dung gen và các đặc điểm tổ chức của bộ gen ty thể động vật có vú, dựa trên trình tự hoàn chỉnh của người được xác định vào năm 1981. Nó bao gồm các sợi nặng và nhẹ, 37 gen (13 gen mã hóa protein, 22 tRNA, 2 rRNA), vùng kiểm soát (vòng D), và sự sắp xếp tiết kiệm, chồng chéo của bộ gen. Nó không đề cập đến cơ chế sao chép hoặc di truyền, những vấn đề này được xử lý trong các chủ đề liên quan.

Core questions

• Kích thước và dạng vật lý của bộ gen ty thể người là gì?
• mtDNA mã hóa những gen nào và những protein ty thể nào được tạo ra từ các gen nhân?
• Điều gì phân biệt sợi nặng với sợi nhẹ?
• Vùng kiểm soát (vòng D) là gì và nó chứa gì?
• Tính kinh tế di truyền của mtDNA khác với bộ gen nhân như thế nào?

Key concepts

• Bộ gen dạng vòng sợi đôi (~16,6 kb)
• Sợi nặng (H) và sợi nhẹ (L)
• 37 gen: 13 gen mã hóa protein, 22 tRNA, 2 rRNA
• Vùng kiểm soát không mã hóa / vòng dịch chuyển (vòng D)
• Tổ chức nhỏ gọn, gần như không có intron với các gen chồng chéo
• Mã di truyền ty thể biến thể
• Trình tự Tham chiếu Cambridge sửa đổi (rCRS)

Mechanisms

Hai sợi của mtDNA khác nhau về thành phần bazơ: sợi nặng giàu guanine và sợi nhẹ giàu cytosine, một đặc tính đã được khai thác trong lịch sử để tách chúng và được phản ánh trong các bộ gen khác biệt của chúng. Trình tự hoàn chỉnh của người năm 1981 (Anderson và cộng sự) cho thấy gần như toàn bộ bộ gen là mã hóa, với các gen liền kề hoặc chồng chéo nhẹ, ít hoặc không có intron, và một số khung đọc chia sẻ nucleotide; đoạn không mã hóa đáng kể duy nhất là vùng kiểm soát, nơi chứa các điểm khởi đầu và promoter điều chỉnh quá trình sao chép và phiên mã. Bộ gen mã hóa 13 tiểu đơn vị của các phức hợp phosphoryl hóa oxy hóa cùng với 22 tRNA và 2 rRNA cần thiết cho quá trình dịch mã của chúng bên trong bào quan, trong khi khoảng 1.500 protein ty thể còn lại được mã hóa trong nhân và được nhập vào. Trình tự chuột song song (Bibb và cộng sự, 1981) đã xác nhận tổ chức tiết kiệm này là một đặc điểm chung của động vật có vú.

Clinical relevance

Tổ chức nhỏ gọn của mtDNA có nghĩa là ngay cả những thay đổi trình tự nhỏ cũng có thể làm gián đoạn các gen quan trọng đối với quá trình chuyển hóa năng lượng, và vị trí của một biến thể trong các vùng mã hóa, tRNA hoặc vùng kiểm soát giúp giải thích các hậu quả sinh hóa được mô tả trong di truyền lâm sàng. Mục này mô tả cấu trúc bộ gen để định hướng giáo dục và không phải là cơ sở để giải thích hoặc chăm sóc di truyền cá nhân.

History

Cấu trúc của mtDNA đã được xác định khi Anderson và cộng sự công bố trình tự hoàn chỉnh của bộ gen ty thể người vào năm 1981, một trong những bộ gen hoàn chỉnh đầu tiên từng được giải trình tự; công trình này đã thiết lập danh mục gen, tính bất đối xứng của sợi và mã di truyền biến thể. Trình tự chuột cùng thời đã xác nhận tổ chức này trên khắp các loài động vật có vú. Trình tự tham chiếu sau đó đã được sửa chữa và hiện được sử dụng làm Trình tự Tham chiếu Cambridge sửa đổi để báo cáo các biến thể ở người.

Key figures

• Frederick Sanger
• Sjef Anderson
• David A. Clayton
• Bart G. Barrell

Seminal works

• anderson-1981
• bibb-1981

Frequently asked questions

Bộ gen ty thể người lớn đến mức nào và nó mang bao nhiêu gen?

Nó là một phân tử dạng vòng dài khoảng 16.569 cặp bazơ mã hóa 37 gen: 13 gen quy định protein chuỗi hô hấp, 22 RNA vận chuyển và 2 RNA ribosom.

Có phải tất cả các protein ty thể đều được mã hóa bởi mtDNA không?

Không. Chỉ có 13 polypeptide được mã hóa bởi mtDNA; phần lớn các protein ty thể được mã hóa bởi các gen nhân, được tạo ra trong tế bào chất và được nhập vào bào quan.