Di truyền và Kế thừa ty thể
Di truyền ty thể là nghiên cứu về bộ gen nhỏ, dạng vòng chứa trong ty thể (mtDNA) và các quy tắc đặc trưng mà theo đó nó được truyền và biểu hiện. Không giống như bộ gen nhân, mtDNA có mặt với nhiều bản sao trong mỗi tế bào, được di truyền gần như độc quyền qua dòng mẹ và không tuân theo sự phân ly Mendel, tạo ra các kiểu di truyền và cơ chế bệnh nằm ngoài các quy tắc Mendel cổ điển.
Definition
Di truyền ty thể liên quan đến cấu trúc, sự truyền tải, biến thể và duy trì bộ gen ty thể, một DNA ngoài nhiễm sắc thể, đa bản sao, được di truyền từ mẹ, mà quần thể của nó trong và giữa các tế bào quyết định kiểu hình ty thể và nguy cơ bệnh.
Scope
Lĩnh vực này định hướng người đọc về bộ gen ty thể người và sinh học của nó: cách mtDNA được cấu trúc và tổ chức, cách nó được truyền từ mẹ sang con, tại sao một tế bào có thể mang hỗn hợp các phân tử bình thường và đột biến (dị thể), các loại biến thể gây bệnh mà mtDNA tích lũy, và cách bộ gen được sao chép và luân chuyển. Nó đặt sự di truyền ty thể bên cạnh sự di truyền Mendel như một hệ thống truyền tải đối lập, không theo Mendel. Chi tiết về từng chủ đề được trình bày trong các chủ đề con.
Sub-topics
Core questions
- Bộ gen ty thể được tổ chức như thế nào và nó khác với bộ gen nhân như thế nào?
- Tại sao mtDNA được di truyền từ mẹ chứ không theo quy tắc Mendel?
- Làm thế nào một tế bào có thể mang hỗn hợp mtDNA kiểu dại và đột biến, và điều gì quyết định tỷ lệ?
- Những loại đột biến nào ảnh hưởng đến mtDNA và chúng gây bệnh như thế nào?
- mtDNA được sao chép và thoái hóa độc lập với chu kỳ tế bào nhân như thế nào?
Key concepts
- DNA ty thể (mtDNA) như một bộ gen đa bản sao
- Di truyền từ mẹ (đơn tính)
- Dị thể và đồng thể
- Hiệu ứng ngưỡng đối với khiếm khuyết sinh hóa
- Nút thắt cổ chai di truyền ty thể
- Sao chép lỏng lẻo (nguyên phân) độc lập với chu kỳ tế bào
- Các nhóm đơn bội ty thể
Mechanisms
Bộ gen ty thể người là một DNA vòng nhỏ gọn khoảng 16,6 kilobase mã hóa 13 tiểu đơn vị chuỗi hô hấp, 22 tRNA và 2 rRNA, được Anderson và các cộng sự giải trình tự hoàn chỉnh vào năm 1981. Mỗi tế bào chứa hàng trăm đến hàng nghìn bản sao mtDNA, và chúng được truyền qua tế bào chất của trứng, do đó con cái thừa hưởng mtDNA từ mẹ. Bởi vì các bản sao được phân phối cho các tế bào con mà không có cơ chế trật tự của quá trình nguyên phân hoặc giảm phân, một tế bào có thể chỉ mang một trình tự (đồng thể) hoặc hỗn hợp các biến thể (dị thể); tỷ lệ biến thể gây bệnh thường phải vượt quá một ngưỡng nhất định trước khi kiểu hình sinh hóa và lâm sàng xuất hiện. Sự sao chép và thoái hóa diễn ra trong suốt chu kỳ tế bào thay vì bị giới hạn ở pha S, và một nút thắt cổ chai phát triển trong quá trình tạo noãn có thể làm thay đổi mạnh mẽ tỷ lệ biến thể giữa các thế hệ.
Clinical relevance
Di truyền ty thể giải thích một nhóm rối loạn có ý nghĩa lâm sàng chủ yếu ảnh hưởng đến các mô có nhu cầu năng lượng cao, như cơ, não, tim và dây thần kinh thị giác, và nó giải thích tại sao các tình trạng như vậy có thể truyền từ người mẹ bị ảnh hưởng sang tất cả các con của bà nhưng lại có mức độ nghiêm trọng khác nhau. Hiểu biết về sự truyền tải từ mẹ, dị thể và hiệu ứng ngưỡng cung cấp thông tin cho các bác sĩ lâm sàng và gia đình về cách giải thích sự tái phát và biến đổi. Mục này là kiến thức nền tảng về cơ chế di truyền và không phải là cơ sở để chẩn đoán, tư vấn hoặc quyết định điều trị cá nhân.
Epidemiology
Các biến thể mtDNA gây bệnh là một nguyên nhân được công nhận của bệnh chuyển hóa di truyền; các nghiên cứu quần thể được tóm tắt trong các đánh giá ước tính rằng các rối loạn ty thể, cùng với bệnh ty thể được mã hóa bởi nhân, ảnh hưởng đến khoảng 1 trên 5.000 người, khiến chúng trở thành một trong những tình trạng chuyển hóa di truyền phổ biến hơn, mặc dù các số liệu chính xác khác nhau tùy theo cách xác định.
History
Di truyền ty thể xuất hiện khi bộ gen ty thể người được giải trình tự hoàn chỉnh vào năm 1981, tiết lộ tổ chức nhỏ gọn và một mã di truyền hơi khác biệt của nó. Bằng chứng cho thấy mtDNA người được di truyền từ mẹ (Giles và các cộng sự, 1980) đã thiết lập sự truyền tải không theo Mendel của nó. Cuối những năm 1980, việc phát hiện ra các đột biến điểm và xóa mtDNA gây bệnh đã liên kết trực tiếp bộ gen với bệnh ở người, và các thập kỷ tiếp theo đã làm rõ dị thể, hiệu ứng ngưỡng và nút thắt cổ chai di truyền như là khuôn khổ hiện được sử dụng để hiểu sự di truyền ty thể.
Key figures
- Douglas C. Wallace
- Frederick Sanger
- Salvatore DiMauro
- Eric A. Schon
- Douglass M. Turnbull
Related topics
Seminal works
- anderson-1981
- giles-1980
- wallace-1999
Frequently asked questions
- Di truyền ty thể khác với di truyền Mendel như thế nào?
- Di truyền Mendel tuân theo các gen nhân đến từ cả hai cha mẹ một cách bình đẳng và phân ly một cách có thể dự đoán được. DNA ty thể được di truyền gần như hoàn toàn từ mẹ, tồn tại với nhiều bản sao trong mỗi tế bào và không phân ly theo cách Mendel, do đó sự truyền tải của nó và mức độ nghiêm trọng của các đặc điểm liên quan ít có thể dự đoán hơn.
- Mọi người có thừa hưởng ty thể từ mẹ của họ không?
- Ở người, mtDNA được truyền qua trứng, vì vậy trong những trường hợp bình thường, con cái thừa hưởng bộ gen ty thể từ mẹ; sự đóng góp của cha thường bị loại bỏ và bất kỳ trường hợp ngoại lệ nào cũng rất hiếm.