Митохондриальный геном, значение для современной биологии

6



4



1



МИНОБРНАУКИ РОССИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»



Медико - биологический факультет

Кафедра генетики, цитологии и биоинженерии









РЕФЕРАТ

Митохондриальный геном, значение для современной биологии











Обучающийся 							                А. С. Кривцова

Преподаватель 	         		             к. биол. н., доцент М. Ю. Сыромятников















Воронеж 2017






ВВЕДЕНИЕ

В клетке человека митохондрии являются органоидами, осуществляющими большое количество функций, одна из важнейших — это синтез энергии путем окислительного фосфорилирования (ОФ). Если сравнивать структуру митохондрий с другими органоидами клетки, то они имеют собственную митохондриальную ДНК (мтДНК), которая может кодировать некоторые субъединицы комплексов окислительного фосфорилирования. Мутации данной ДНК могут приводить к нарушению выработки энергии митохондриями и в итоге к гибели клетки человека.

Данные изменения в клетках тканей и органов человека могут привести к различным патологиям. Ученым уже давно известно, что нарушения в процессе выработки энергии митохондриями в форме АТР могут являться причиной части нейромышечных синдромов, но причинно-следственную связь между известными заболеваниями/синдромами мутациями в кодирующем районе мтДНК обнаружили уже значительно позже. В настоящее время известно, что от митохондриального заболевания страдают в среднем один из десяти тысяч взрослых жителей планеты.

В данном реферате нами проанализированы современные представления о структуре митохондриального генома, а также о молекулярных механизмах возникновения митохондриальных заболеваний, обусловленных мутациями мтДНК. Также мы сравним молекулярные методы детекции мутаций мтДНК и экспериментальные стратегии, направленные на исправление дефектов ОФ. В заключении обсудим способы предотвращения наследования мутаций мтДНК, так как считаем, что это актуальная проблема митохондриальной медицины в общем и медико-генетического консультирования в частности.









СТРУКТУРА МИТОХОНДРИАЛЬНОГО ГЕНОМА



Рис. 2. Схематическое изображение кольцевой молекулы митохондриальной ДНК человека (размер 16 569 пар нуклеотидов). Обозначены гены, кодирующие субъединицы НАДН-дегидрогеназного комплекса (ND1-ND6, ND4L), субъединицы цитохром-с- оксидазы (COI-III), цитохром b (CYTb), субъединицы АТФ-синтетазы (ATP8 и 6), кодирующие рибосомные РНК (12S RNA и 16S RNA) и кодирующие транспортные РНК (обозначены однобуквенными латинскими символами соответствующих аминокислот)

мтДНК человека является двухцепочечной кольцевой молекулой размером 16568 п.н., в которой находятся 37 генов, участвующих в процессе выработки энергии в дыхательной цепи митохондрий. К ним отностся 13 структурных генов, кодирующих субъединицы комплексов окислительного фосфорилирования, а также гены 22 тРНК и двух рРНК, участвующих в синтезе белка в митохондриях. Большая часть регуляторных участков расположены в некодирующем, так называемом контрольном районе (протяженностью 1122 п.н.). В ходе репликации мтДНК в КР образуется трехцепочечный фрагмент размером 710 п.н., называемый D-петлей (displacement loop). Большую часть митохондриального генома занимает кодирующая последовательность, внутри которой межцистронным участкам принадлежат всего 87 п.н. В контрольном районе расположены промоторы тяжелой (HSP1 и HSP2) и легкой (LSP) цепей, а также точка инициации репликации тяжелой цепи (OH). Точка инициации репликации легкой цепи (OL) располагается за пределами контрольного района. Цепи мтДНК характеризуются асимметричным распределением G/C-пар. Обогащенная остатками гуанина тяжелая цепь содержит оба гена рРНК, 12 структурных генов и 14 генов тРНК. Оставшиеся восемь генов тРНК и один структурный ген (ND6) располагаются в легкой цепи.

Несмотря на некоторое сходство в строении мтДНК человека и ДНК прокариот, заключающееся, в частности, в отсутствии интронов и перекрывании генов, структурная организация генома мито значительно сложнее. , что молекулы мтДНК (пять—семь ) соматических  органи в нуклеоиды, в состав ко входят гистоноподобные  и белки, участвующие в р транскрипции и ции мтДНК, основные из  — mtSSB, POLG,  и Twinkle. Нуклеоиды ствуют с ренней мембраной  посредством белков,  специфически связыва с КР мтДНК (, с D-петлей), с одной , и внутренней мембраной хондрий, с другой,  и стабилизируя не молекул мтДНК. , что нуклеоид имеет  организацию: в его центральной  происходят  репликации и ипции, а на периферии —  РНК и ее трансляция. Вероятно,  нуклеоидной  заключается в защите  от повреждений, а взаимное  молекул мтДНК в  нуклеоида  процессу репарации  генной конверсии. полагается также, что  это основная  сегрегации мтДНК.

, что отдельные нуклеоиды не редко обмениваются . Это косвенным  подтверждает гипотезу " нуклеоида" (faithful ). Согласно альтернативной  "динамичного " (dynamic nucleoid),  свободно  между нуклео с последующей 

РЕПЛИКАЦИЯ, ТРАНСКРИПЦИЯ И  мтДНК

В данный  ученым известно две  репликации  ДНК. Одна из них говорит о том, что  происходит по традиционному  механизму, берет  в OH, движется по  вплоть до OL, после  реплицируется легкая , но уже в противоположном направлении. ствует и  модель, где копирование  берет начало в OH,  синтез обеих  осуществляется . Есть предположение, что в  от состояния в котором  клетка, репликация  происходить по  или иному механизму. В  фазе роста  реплицируется по синхрон механизму,  на асинхронный в тот , когда необхо быстро увеличить  митохон. Также установлено, что  происходит с участием , кодируемых ядерной ДНК, —  ДНК-полимеразой (), геликазой(Twinkle), а  белком, связывающимся с  (mtSSB).

Транскрипция  начинается с  промоторов тяжелой  (HSP1 и HSP2) и  промотора легкой  (LSP). С LSP  полицистронная РНК, состоящая из  тРНК и одной , кодирующей субъединицу ND6, в то  как с HSP1 и 2 синтезируются транскрипты,  остальные 14 тРНК, две  и 12 мРНК, причем  транскриптов,  две рРНК и две тРНК ( транскрипт с HSP1), на  больше. Особенностью  индивидуальных  является их вырезание из  транскрипта путем  вторичных структур , гены  располагаются между  генами. Ключевой  в экспрессии митохондриальных —полиаденилирование, так как в  него для некоторых  создаются стоп-кодоны (), отсутствующие в пре-. В число  белков транскрипционной  входят митохондриальная  (POLRMT), митохондриальные  активации ции A (TFAM), В1 (TFB1M) и В2 (), а также фактор  транскрипции (mTERF).

 белков,  мтДНК, происходит в  на митохондриальных  (миторибосомы), которые  меньше  (по сравнению с  или эукариотическими рибосомами), но  рибо-сомных белков.  аппарат  человека включает два  инициации (IF2, 3), три фактора элонгации (, EFTs, ) и по крайней мере  фактор терминации( 1). К особенностям трансляции в  относится ис уникального  кода, присутствие 22  и отсутствие кепов,  для узнавания  сайтов связывания на мах.

ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ

О фосфорилирование — одна из  метаболических , протекающая во внутренней  митохондрий. Она заключается в  транспорта  с образованием АТР.  ОФ включает пять  комплексов, каждый из ко состоит из нескольких ц. У эукариот  переносятся по дыхательной , начиная с NADН через  I (NADН- убихинон-редуктаза), либо с  сукцината  комплекс II (сукцинат-убихинон-редуктаза), а  последовательно — на интегральный  переносчик электронов СоQ, ком III (убихинол-цитохром-с -), переносчик  цитохром с (Cytc) и, , через комплекс IV (-с-окси) на молекулярный . Энергия, высвобожда потоком электронов,  для переноса  из матрикса в межмембранное про комплексами I, III и IV. Это создает  разницу потенциалов (?p,  градиент) по обе  внутренней мембраны. , запасенная в виде ?p, ис комплексом V (АТРсинтаза). По  обратного  протонов в матрикс  протонный канал (Fо- АТРсинтазы) происходит  АDP неорганиче фосфатом с образованием  АТР. Таким образом,  окисления субстрата и  кислорода  с образованием АТР.

Установлено, что  ОФ дрейфуют по внутренней  не в виде отдельных , а в составе  высокомолекулярного супер — респирасомы. Соотношение  в респирасоме, вероятно, - фично. Оч, что истинная респирасома, т.е. , способное переносить ны от NADН к молекулярному , — это суперкомплекс,  комплексы I, II, III и IV, а также  агенты-переносчики CoQ и Cytc. агается, что существует -синтасома,  комплекс V, переносчик не фосфата и адениннуклеотидтранс (ANT) в соотношении 1:1:1. Однако  свидетельства в  независимого функци этих компонентов.

 на всеобщее признание  Митчелла,  переноса протонов из  в межмембранное пространство до сих пор не  — неизвестно, какие  структуры  вовлечены в этот . Однако сравнительный  комплексов ОФ у представителей  видов показал, что  протонов и электронов  при участии субъединиц, мых мтДНК.

Помимо  АТР ОФ представляет  эндогенный источник  форм кислорода (): O2? (супероксид), Н2О2 (пероксид ) и ОН? (гидроксильный ). O2?формируется, главным , в комплексах I и III. При помощи  Mn-зависимой супероксиддисмутазы  Cu—Zn-зависимой  O2?превращается в Н2О2, которую, в  очередь, глутатионпероксидаза пре в Н2О. Кроме того, в  ионов Fe2+ и Си2+ Н2О2  превращаться в ОН?. O2? может  и с NO (оксид азота), , как показано,  эндогенно в  при помощи митохондриальной NO-, приводя к образованию ? (пероксинитрит). Уста, что в формировании  форм азота пр участие комплекс IV.  воздействие АФК на клетку  к окислитель повреждению белков,  и нуклеиновых кислот, а  воздействие — к инактивации Fe-S-  ферментативных  ОФ и фермента цикла ых кислот (ЦТК) — , что приводит к снижению  АТР. Высокоактивный - нитрирует остатки ти окружающих белков, в  чего повре комплекс I и я супероксид дисмутаза.  того, в комплексе I  группы могут  нитро, что приводит к пода активности комплекса.  АФК на мтДНК приводит к  множественных , снижению скорости ОФ и еще  накоплению АФК. Все это в итоге  функционирование клетки,  программируемую кл смерть — апоптоз.

 ЗАБОЛЕВАНИЯ И ПАТОГЕННЫЕ  мтДНК

Скорость  у мтДНК о в 17 раз выше, чем у яДНК. Это  совокупностью таких , как особенности структурной орг митохондриального ма, функциональное  рибонуклеотидредуктазы,  репликации, мутации  генов, кодирующих , действующие в митохон. Однако наиболее  вклад АФК. Путь от овения  в мтДНК до клини проявления заболевания во  неясен: предполагается, что  мутаций  приводит к накоплению АФК,  кальциевого , активации митохондриальных пор по проницаемости (, mitochondrial permeability  pore) и, в итоге, к . Такой сценарий, вероятно,  для нейродеге процессов, обусловленных и мтДНК.

На сегодняшний  клинико-биохимические характеристики  заболеваний  известны. Однако при  диагноза, а значит, и  для заболевших и степени  для здоровых  не обойтись без молекулярного  мтДНК. Для описания леваний обычно  классификацию, ванную на том, какую  мтДНК затрагивает . В соответствии с этим  мутации  подразделяют на: 1) мутации  генов; 2) мутации  рРНК и тРНК и 3) ные перестройки,  большие сегменты .

Патогенные мутации в  генах

Патогенные , изменяющие ную последовательность структурных  мтДНК, подразделяют на  группы, в зависимости от , какой  ОФ они затрагивают.

Мутации  генов комплекса I.

 число патогенных  обнаружено в урных генах  I. Согласно базе  MITOMAP(данные на  в гене ND1  33 патогенных мутации, в ND2 — 12, ND3 — 6, ND4L — 5, ND4 — 14, ND5 — 22 и ND6 — 18, т.е.  110 мутаций.

Наследственная  нейропатия (атро) Лебера () — наиболее распространенное  заболевание, обусловленное му в структурных генах  и, в большин случаев, в генах ND.  LHON характеризуется  ганглиозного слоя  и атрофией  нерва. Около 95%  LHON в европейской  вызываются  мутациями  риска: A3460G (ND1), GA (ND4) и T14484C (ND6). В генах  выявлено множество  мутаций, циированных с LHON,  которых постоянно . LHON — одно из  митохон заболеваний, для которого  корреляция между  патогенной мутации и ностью к  филетической  (гаплогруппе мтДНК): так,  G11778A и T14484C  ассоциированы с - группой J, в то время как  G3460A — с гапло- K. Нами, в частности, , что мутация GA, найденная на территории , ассоциирована с гаплогруппами,  макрогаплогруппы M, которая с  частотой  у коренных жителей  (алтайцев, тувинцев, ); в то же время, мутация GA, в соостветствии с  данными, экспрессируется на  гаплогрупп кластера TJ.

 распространенное заболевание, ное с мутацией в  ND, синдром Лея (LS) — прогрессирующее  состояние, при котором тся ствол головного  и базальные  с образованием характерных сим некротических изменений.  симптомы вызываются  генов  и ATP6, а также некоторых тРНК.

 митохондриальных  комплекса III.

В гене  выявлено 29  мутаций, которые , как правило, к миопатиям.  того, мутации в  Oytb  с энцефаломиопатией, кардиомиопатией, тубтией и LHON.

 митохондриальных  комплекса IV. 

К  времени в гене COI  33 патогенных , 14 мутаций — в COII, 13 — в . У большинства  с мутациями в этих генах  нейромышечные синдромы, а не мутации связаны с  и SNHL ( глухота), отдельные  гена COI ассоциированы с  предстательной железы.

 митоховдриальных  комплекса V. 

В гене ATP6,  субъединицу АТРсинтазы, ужено 19 патогенных , а в гене  ATP8 идентифицирована лишь  мутация, A8381G,  к MIDD (сахарный  типа 2 и  глухота).

Наиболее  заболевание, ассо с мутацией T8993G  АТР6, —  симптомов, включающих , атаксию и пигментную  (NARP). Интересно , что в виде  мутация T8993G , когда мутантная  составляет 70—90%  мтДНК в , а при 90—95% эта мутация  развитие наследуемого по ской линии  Лея (MILS).  синдромы связаны с  T8993C, T9176G и TC. Патогенные мутации TG и T8993C,  в замене высококонсерватив остатка лейцина в  156 на пролин или аргинин, , снижают ток нов через АТРсинтазу на 30%. , что принадлежность к определенной ной гаплогруппе может  на патогенез .

Патогенные мутации  рибосомных и транспортных РНК

 в генах рРНК и , которые ют в биосинтезе белков в , могут быть  ряда митохондриальных .

Патогенные  генов рРНК. К  времени выявлено 16  мутаций, изменя структуру 12S ; в гене 16S рРНК ций, приводящих к заболеваниям, не .

Наиболее часто в  встречается  G1555A, фенотипически  в виде SNHL. Эта  задевает высококонсервативную  12S рРНК,  в состав малой  рибосомы, в результате  изменяется аминогликозид- сайт 12S , и больные становятся  к ототоксичным аминогликозидам. Все  патогенные мутации в  12S рРНК  приводят к SNHL.

 мутации генов . Примерно две трети  мутаций)  точковых мутаций  локализованы в генах . Мутации, затрагивающие  тРНК,  в виде разнообразных  синдромов. Наиболее нены мутации в  тРНКLeu и Lys.

Так, мутация A3243G  примерно в 80% случаев  (митохондриальная энцефа с инсультоподобными  и лактат- ацидозом). Эта  влияет на третичную  тРНКLys и процессы , ацетилирования и т модификации антикодона, что дит к нарушению трансляции.  отметить, что мутация AG находится, как , в состоянии гетероплазмии. При  соотношение мутантной  и мтДНК дикого  сильно  в различных тканях:  количество мутантной  обнаруживается в  ткани и  головного мозга,  — в лейкоцитах крови. С  содержание мутантных  может  во всех тканях,  клеток крови, , вследствие  отбора.  MELAS, мутация AG ассоциируется с MERRF ( эпилепсия с "разорванными  мышечными "), CPEO (хроническая  наружная офталь), KSS (синдром Кернса—), SNHL и LS.

 наиболее распространенная  — транзиция A8344G в  тРНК1^, в 80% случаев ас с MERRF. В  этой мутации ся высококонсервативный нуклеотид в  петле тРНК, что  к блокированию  синтеза белка. , что для фенотипического проявления за необходимо, чтобы  гетемии достигал 85—90%.

 перестройки, затрагивающие  сегменты мтДНК

 мтДНК  в основе некоторых хондриальных заболеваний и, , играют ключевую  в процессе  постмитотических . В настоящее время  две модели происхождения  в мтДНК.  первой, делеции  вовремя репликации  по асинхронному механизму. Другая  постулирует, что  формируются в ходе  двухцепочечных разрывов . Как правило, делеции  спорадически и не  следующему поколению.

 делеция мтДНК  4977 п.н. (участок  считается  частой причиной KSS, при  наблюдается прогрес наружная офтальмоплегия,  ретинопатия и я манифестация (до 20 лет).

 причина CPEO —  одна обширная , либо  коротких. CPEO ризуется прогрессирующим  глазодвигательной , который  к уменьшению подвижности  и птозу.

Синдром  (PS) — довольно редкое левание  раннего возраста, при  развивается  анемия с панцитопенией и  недостаточностью  железы. Заболевание  крайне тяжелым  и приводит к ранней ; у выживших  развиваются клинические  KSS. Как правило, при данных  все ткани и органы  большое о мтДНК с делециями.

 каждого из трех  синдромов связано с  мтДНК  размера и локализации, что  учитывать при постановке .

ПАТОГЕННЫЕ МУТАЦИИ  И МИТОХОНДРИАЛЬНЫЕ 

В биогенезе митохондрий  участие около  генов ядерного , поэтому , что повреждения яДНК  приводят к митохондриальным . Дефекты яДНК  более , нежели дефекты , они включают как мутации  системы ОФ и аппарата  синтеза в дриях, так и мутации  системы импорта/экс в митохондрии, движения , слияния/деления , транскрипции и репликации , а также мутации  различных ферментативных  (ЦТК, ?- жирных кислот) и  метаболических путей,  с функционированием . Указанные  яДНК и связанные с  заболевания, которые  отличаются от "классических" , в нашем  не рассматриваются.

ФАКТОРЫ,  НА ПРОЯВЛЕНИЕ МИТОХОНДРИАЛЬНОГО 

Наблюдаемое разнообразие  симптомов дриальных заболеваний ся за счет таких фа, как гетероплазмия, поро эффект и  бутылочного горлышка (ге воронки).

Существование  копий мтДНК в ке зачастую дит к возникновению гетероплазмии, т.е. , при котором в одной дрии, клетке или  сосуществуют  вариантов мтДНК, в  от гомоплазмии, когда все  идентичны. При делении  митохондрии  между дочерними  случайным образом  митотической , в результате  дочерние клетки  различаться  гетероплазмии. Предполагается, что в  (соматических)  скорость сдвига в  мутантных мтДНК,  мтДНК дикого типа  составом  родительской клетки. И ая мтДНК, и мтДНК  типа могут  в состав  нуклеоида (гетероплазматический , heteroplasmic nucleoid),  в отдельные нуклеоиды ( нуклеоид,  nucleoid). Если  клетка содержит  нуклеоиды, то коле уровня  дочерних клеток ется незначительным, , если нуклеоиды  — уровень  дочерних клеток  весьма значительно и за от отбора и генетического .

Уровень  патогенной мутации , как правило, определяет  митохондриального заболевания. При  для мани заболевания необходимо,  количество  мтДНК превысило  уровень — это  получило название го эффекта. Так, в случае  количество мтДНК с  A8344G  составлять 85— 90%. Мутация TG может приводить к  одного заболевания (), если ее  (уровень гетероплазмии)  70—90%, однако, при  высоком уровне , 90—95%,  клинические симптомы  заболевания ().

мтДНК млекопитающих, за  исклю, наследуется по материнской . Зрелые яйцеклетки  по крайней мере  копий , примерно по одной—две  на каждую митохондрию.  на большое число копий  в яйцеклетке, уже в  поколении мтДНК  быть представлена ми вариантами. Так, быстрая  новых ва мтДНК (мутации D-) у крупного рогатого  произошла всего за  поколений. Это  выдвинуть концепцию о  эффекта бутылочного  на одной из стадий  яйцеклеток. тельно, последующее  ультраструктуры показало, что  оплодотворения происходит да зиготических  без деления митохондрий (и, , без репликации мтДНК), в ре чего митохондриальный пул  умень с каждым клеточным . Так, первичные половые  мыши содержат  примерно 10 . Таким образом, при  предшественников половых  митохондрии составляют  малую  (0.01%) от изначального  пула зиготы. , что количество мито, характерное для  яйцеклетки, восстанавливается за  лишь некоторых ций митохондрий примордиальных .

Поскольку  митохондрий, характерное для  яйцеклетки, происходит из  ограниченного набора  первичных по клеток, вновь  митохондрии будут, , гомогенными (или  гомоген) по составу. Другими , фундаментальное значение  генетической воронки в эво заключается, , в поддержании гомо мтДНК, минимизируя .

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МУТАЦИЙ  И УРОВНЯ 

Известно, что уровень  во многом определяет  проявление мутации,  при проведении  анализа необходимо  количество мутантных . Следует заметить, что  уровня роплазмии уже включает  мутации, в то время как  обнаружения мутации не  учитывают  ее гетероплазмии.

Метод кло, дающий достоверные  результаты, считается  трудоемким и про. Более точные  при меньшей трудоемкости  получить с помощью флу ПЦР, однако,  не позволяет выявлять  делеции и вставки.  высокоразрешающая жидкостная  дает  результаты при любых  мутаций (делеции, , точковые мутации), на в состоянии . Оценка уровня  с помощью этого  более точна по сравнению с  и флуо ПЦР. Для обнаружения и количе оценки мутаций  использовали также  ПЦР в реальном : превосходные результаты  как при использовании гидролизуемых  (TaqMan), так и интеркали красителя . В другой работе для  мутаций мтДНК и ной оценки уровня  предложено ис "молекулярные маячки" ( beacon). Модификация системы , заключающаяся в применении  праймеров,  для оценки уровня  мутации A3243G.  трех методов деления  гетероплазмии — секвенирования ДНК, -блот-анализа,  метода ПНК (пептидо- кислоты) и ПЦР в  времени, показало, что ция ПНК/ПЦР в реальном  позволяет более  (количественно)  мутантную мтДНК и  дикого типа, нежели ние; Саузерн-блот- не отражает  уровня гетероплазмии. Как , наиболее точные  дают три метода: , пиросеквенирование и  Invader. Однако при  точности Biplex  оказался наиболее  в использовании, а shot — наиболее . В настоящее время,  обнаружение мутаций  выходит на , предпочтение отдается  технологиям,  анализировать основные генные  мтДНК сразу во  образцов, устанавливая при  уровень гетероплазмии каждой  мутации.

 ДЕФЕКТОВ ДЫХАТЕЛЬНОЙ 

К настоящему времени  заболевания не  излечению.  в клинической практике  симптоматического лечения  применение фармакологиче средств,  диет, а также  нагрузок. Некоторые гии, обусловленные мутациями в , коррек посредством хирургических . Так, при нейросенсорной потере , сопровождающей  MELAS,  и KSS, применяют улитковые ; нарушение проводимости  при KSS можно компенсировать ем водителя .

Экспериментальные методы, ленные на устранение  дыхательной цепи  воздействия на  аппарат мито, находятся на стадии  и их применение в ближайшем  сомнительно.  будут рассм основные стратегии нения дефектов  цепи .

полностью там синтезируется),  в этом направлении . Так, используя комплекс  тРНК (RIC,  import complex) из  tropica, удалось  тРНК1^ в митохондрии,  тем самым  трансляции, и восстановить  дыхание. Патогенные  тРНК компен при помощи  либо гипер соответствующих аминоацил-- синтетаз.

Стратегия  уровнем плазмии состоит в  молекулярных конструкций,  специфически связываются с  нуклеотидной стью в мтДНК,  ее транскрипцию и/или . Изменять уровень  в сторону  дикого типа  эндонуклеазы рестрикции,  узнают определенные , возникшие  появления мутации, и ски разрезают мутантную . Интересно, что участок  определенной  рестрикции не обязательно  быть уникальным:  мтДНК и мтДНК  типа  отличаться по количеству  рестрикции. Использование ПНК, яющих собой ли полимеры N-(2-) -глицина, заме по атому азота  группы производными  оснований, и ых к нековалентному взаимодействию с  основаниями ДНК и РНК, также  перспективно для ения  мтДНК, мутантных и  типа. Эти химические  специфически связываются с  мтДНК, бло репликацию. Модифицированный  ПНК, названный CMCO ( membrane crossing ), имеет бо полярность, нежели ПНК, и  проникает в митохондрию.

 того, оказалось, что  с опре нуклеотидной последовательностью в  могут также  типа "цинковые ".

Перемещение  митохондрий из стволовых и  клеток в клетки с ными митохонд с последующим нием клеточного  в перспективе может при при митохондриальных заболеваниях.

 направлением в  стратегий лечения мит заболеваний счита доставка ДНК/белка  в дефектные . С этой целью ьзуют жирорастворимые -липосомы, в которые  ДНК/белки.  капсулы, имея  к митохондриальной мембране, чески связываются с  и, сливаясь с , высвобождают в митохондр матрикс свое .

Основная проблема  митохондриальных , как и всех наследственных ний, заключается в отсутствии  адресной доставки не вещества во все хондрии всех ( определенных) клеток . Таким образом,  передачи ных мутаций мтДНК от матери  рассматривается в  момент в качестве  альтернативы.

 ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ПЕРЕДАЧИ  МУТАЦИЙ мтДНК

 передачи мутантных  потомству ставляется особо  проблемой на данном  развития митохондриальной . Предот передачу мутантной  следующему поколению  с помощью донорской . Полученный в ре экстракорпорального оплодотворения () эмбрион имплантируют в , таким образом  ребенку  избежать митохон заболевания, которым  его мать. Важно , что привлечение род со стороны матери (в  донора яйцеклетки) не , поскольку они могут  носителями  мутации мтДНК.

 диагностика (ПНД) с  взятия плодного иала для  лабораторного  имеет серьезные ния из-за неравномерного  мутаций  в различных тканях и . Утверждены критерии  ПНД митохондриальных заболеваний.  этим  достоверно  результаты ПНД можно  в случае мутаций с  степенью ляции между  гетероплазмии и тяжестью за, равномерным распределением во  тканях и  гетероплазмии, который не ется в течение . Как оказалось, такие ния справедливы  для мутаций T8993G/C.

 генетическая диагностика () — диагностика генетических  у эмбрионов до  их имплантации в матку.  диагностику можно  на отдельных клетках , полученных в  процедуры ЭКО. Для выявления  мтДНК можно  как полярное тельце, так и  либо два  раннего эмбриона (до 8- стадии), поскольку все эти  обладают одина уровнем . Установлено, что эффективность оценки  гетероплазмии в бластомерах  выше, нежели в  тельце.  имплантируют в матку в случае  отсутствия патогенных , либо при низком  гетероплазмии,  критерии, принятые для ПНД,  также спра. Нужно отметить, что эту п приме лишь дважды.

 преимущество ПГД перед ПНД  в возможности сохранить .

Цитоплазматический  представляет собой перенос  функционирующих мито (из другой яйцеклетки или ) в яйце, содержащую дефектные , чтобы снизить количество  митохондрий и компенсировать  выработки . Однако результаты  по переносу донорской  в пораженную яйцеклетку для  распространения  митохондрий оказались : уровень хромосомных  у новорожденных значи превышал  показатель. Как оказалось,  митохондрий с цитоплазмой пе мРНК, белки и  факторы,  вносят вклад в  окружение ядерного .

Ядерный транспорт  может няться на разных  развития яйцеклетки/зи в случае пересадки: а)  пузырька; б)  зрелой яйцеклетки; в) ; г) ядра одного из . В связи с этическими  клонирования  уточнить, что первые три  не связаны с клони, поскольку на этих  еще не произошло  яДНК. Однако  ядра одного из  это уже, по определению, клонирование,  в отношении че (59/280 Декларация  Объединенных  о клонировании человека от 8  2005;  о продлении запрета на рование человека, , от 22 января 2010).

 удалось  ядерный материал  яйцеклетки примата ( mulatta) на стадии метафазы II в  яйцеклетку.  мтДНК показал, что во  переноса хромосом  не переместились. Уникальность  заключается в  нужной стадии ( II), когда кариопласт яйцеклетки свободен от митохондрий. Другой способ, который позволяет избежать переноса митохондрий вместе с яДНК — их уничтожение.











ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Несмотря на значительный прогресс, достигнутый с момента установления причинно-следственной связи между мутацией мтДНК и заболеванием человека, вылечиться от митохондриальных болезней в настоящее время практически невозможно. В первую очередь, это связано с пробелами в понимании биогенеза митохондрий. Однако по мере развития физико-химических, молекулярно-генетических и биоинформатических методов данные о структуре и функциях митохондрий постоянно корректируются и дополняются. Кроме того, существует большая пропасть между молекулярными и патофизиологическими исследованиями, поскольку за исключением мышиных моделей (mitomouse) и клеточных линий, человек остается практически единственным объектом исследований, что, естественно, вносит массу ограничений в связи с возможностью опасных для здоровья/жизни последствий. Тем не менее, существуют возможности избежать наследования патогенной митохондриальной мутации, либо отсрочить развитие заболевания, вызванного нарушением функции митохондрий.






СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Бакеева Л.Е., Ченцов Ю.С. Митохондриальный ретикулум: Строение и некоторые функции // Итоги науки. Общие проблемы биологии. 1989

 Баранов В.С. и др. Геном человека и гены предрасположенности. СПб., 2000

 Гвоздев В.А. // Сорос. образоват. журн. 1999. №10. С.11—17.

Игамбердиев А.У. // Сорос. образоват. журн. 2000. №1. С.32—36.

Ленинджер А. Основы биохимии: В трех томах, М.: Мир, 1985-1986.

 Маргелис Л. Роль симбиоза в эволюции клетки. М., 1983.

Минченко А.Г., Дударева Н.А. Митохондриальный геном. Новосибирск, 1990.

 Пузырев В.П., Голубенко М.В., Фрейдин М.Б. Сфера компетенции митохондриального генома // Вестн. РАМН, 2001. ‹ 10. С. 31—43.

Скулачев В.П. // Сорос. образоват. журн. 1998. №8. С.2—7.

Скулачев В.П. Эволюция, митохондрии и кислород, Сорос. образоват. журн.

 Скулачев В.П. Энергетика биологических мембран. М., 1989.

 Сукерник Р.И., Дербенева О.А., Стариковская Е.Б., Володько Н.В., Михайловская И.Е., Бычков И.Ю., Лотт М.Т., Браун М.Д., Уоллес Д.К. 2002. Митохондриальный геном и митохондриальные болезни человека. Генетика. 1?10.

 Ченцов Ю.С. Общая цитология. М.: Изд-во МГУ, 1995

 Di Donato S. 2009. Multisystem manifestations of mi$ tochondrial disorders. J. Neurol.  693–710.

 DiMauro S., Schon E.A. 2008. Mitochondrial disor$ ders in the nervous system. Annu. Rev. Neurosci. 31, 91–123.

 Ernster L., Ikkos D., Luft R. 1959. Enzymic activities of human skeletal muscle mitochondria: a tool in clin$ ical metabolic research. Nature. 1851–1854.

 Holt I.J, Harding A.E., Morgan-Hughes I.A. Deletion of muscle mitochondrial DNA in patients with mitochondrial myopathies. Nature, 1988, 331:717-719.

 Holt I.J., Harding A.E., Morgan Hughes J.A. 1988. De$ letions of muscle mitochondrial DNA in patients with mitochondrial myopathies. Nature. 717–719.

 Luft R., Ikkos D., Palmieri G., Ernster L., Afzelius B. 1962. A case of severe hypermetabolism of monthyroid origin with a defect in the maintenance of mitochondrial respiratory control: a correlated clinical, biochemical, and morphological study. J. Clin. Ivest. 1776–1804.

Nicholes D.G. Bioenergetics, An Introd. to the Chemiosm. Th., Acad. Press, 1982.

 Stryer L. Biochemistry, 2nd ed. San Fransisco, Freeman, 1981.

 Wallace D.C., Singh G., Lott M.T., Hodge J.A., Shurr T.G., Lezza A.M., Elsas L.J. 2nd., Nikoskelainen E.K. 1988. Mitochondrial DNA mutation associated with Leber’s hereditary optic neuropathy. Science. 1427–1430........................