Текст уведомления здесь

Чужие внутри нас (возможно, папины)

Оказывается, митохондрии все-таки могут наследоваться от отца. А чего еще мы не знаем о митохондриях?

До сих пор считалось, что митохондрии (вместе со своими ДНК и генетическими болезнями) передаются только по материнской линии. Но только что выяснилось, что митохондриальные мутации дети могут наследовать и от отца. «Чердак» рассказывает о том, как это обнаружили, и заодно вспоминает, чего еще мы не знаем о митохондриях.
Добавить в закладки
Комментарии

Откуда ты взялась?

Митохондрия когда-то была бактерией, но примерно 2 500 миллионов лет назад ее проглотил предок эукариотической (то есть содержащей ядро) клетки, и с тех пор они живут с нами. Точнее — в нас. Так гласит теория симбиогенеза, которой в прошлом году исполнилось 50 лет. Ее подтверждают многие особенности строения митохондрий — например, у них две мембраны разного состава (снаружи — клеточная, а под ней еще одна — бактериальная). А если забраться под них, то внутри можно найти характерные для бактерий рибосомы (они меньше, чем эукариотические) и свернутую в кольцо ДНК. Впрочем, никто не знает точно, как именно и зачем бактерия — будущая митохондрия — оказалась внутри клетки. Возможно, такое сожительство было чем-то выгодно для обеих.

Недавно ученые взяли дрожжи (эукариот)  и кишечную палочку (прокариот) и заставили первых проглотить вторую. Правда, для этого пришлось сделать так, чтобы они не могли выжить друг без друга. Бактерий лишили гена, отвечающего за производство витаминов, а дрожжам удалили митохондрии, чтобы они не могли получать энергию. Гибридные клетки, образовавшиеся после поглощения бактерий, были вполне жизнеспособны. Однако это лишь модель, и мы все еще не знаем, каким путем двигалась эволюция на самом деле.

Куда ты подевала гены?

За то время, что эукариотическая клетка и митохондрия живут вместе, они окончательно лишились своей автономности. И если без энергии, поставляемой митохондриями, клетка существовать может (хотя полностью безмитохондриальных эукариот все равно мало), то бывшая бактерия превратилась в полностью зависимое от хозяина существо. В геноме наших, человеческих, митохондрий,  осталось всего 37 генов, остальные же либо потерялись за ненадобностью, либо перекочевали в ядро. Как именно гены перемещались по клетке, точно никто не знает — мы можем только догадываться.

Не ты ли меня старишь?

Теорий старения люди успели придумать несколько сотен, из них множество так или иначе связаны с митохондриями. Одни полагают, что митохондрии изнашиваются с годами, поэтому клетки получают все меньше и меньше энергии. Другие, напротив, утверждают, что митохондрии в течение жизни работают слишком активно. При этом они потребляют слишком много кислорода, а он уже, в свою очередь, вызывает образование свободных радикалов и повреждения внутриклеточных молекул. Третьи же винят во всем апоптоз — программу клеточной гибели: мол, ее запускают белки из внутренней мембраны митохондрий. Этот способ умереть в нашу жизнь тоже привнесла предковая симбиотическая бактерия. У них есть собственные программы апоптоза и белки, похожие на наши. Со временем гены апоптоза переселились в наше ядро, а программа стала работать на уровне целой клетки. Правда, подробности этого перехода все еще неизвестны.

Зачем тебе теломераза?

Теломераза — еще один белок, популярный среди исследователей старения. Ее основная функция — достраивать концы ДНК, которые укорачиваются при каждом делении клетки. У человека теломераза активна только в стволовых клетках, поэтому многие винят именно ее в том, что с возрастом ткани обновляются хуже. Однако не так давно теломеразу обнаружили и в митохондриях, причем не отдельные молекулы, а 20% всей теломеразы клетки. Что она там делает — большая загадка, ведь митохондриальная ДНК свернута в кольцо, концов не имеет и потому теломеразе там заняться, казалось бы, нечем. Тем не менее под действием теломеразы митохондрии расходуют кислород экономнее и меньше повреждаются. А мыши, у которых теломеразы в митохондриях много, лучше восстанавливаются после инфаркта.

Кому ты достанешься?

До этого дня официально считалось, что митохондрии наследуются только по материнской линии. Это связано с тем, что при оплодотворении яйцеклетка превращается в зародыш целиком, вместе со всеми органеллами, а сперматозоид привносит только генетический материал и одну из центриолей (часть клеточного скелета, образующую полюс делящейся клетки). Вместе с митохондриями зародыш наследует и мутации в их ДНК — отсюда ряд генетических заболеваний, передающихся только от матери, например синдром Лея (проявляющийся в основном в нервной системе) или диабет и глухота. Но в свежей статье, появившейся в журнале PNAS, описаны несколько случаев наследования митохондрий от отца.

Все началось с ребенка, который попал в генетическую клинику с подозрением на митохондриальное заболевание. Он страдал хронической усталостью, слабостью и мышечными болями. Эти симптомы нередко указывают на то, что митохондрии в мышцах не производят достаточно энергии. Однако его мать ничего подобным не болела. В процессе секвенирования митохондриальной ДНК выяснилось, что в клетках ребенка одновременно живут два типа митохондрий, материнские и отцовские. Это явление называют гетероплазмией, и его удалось обнаружить еще в нескольких семьях.

Вас много — как вы уживаетесь вместе?

В каждой клетке человека митохондрий очень много. Их могут быть сотни и тысячи. Если они все генетически идентичны, то никакой конкуренции между ними нет. Но при оплодотворении какая-то часть из этих тысяч митохондрий сперматозоида все же оказывается внутри яйцеклетки. И здесь начинается настоящая битва. К сожалению, мы до сих пор не знаем, как именно материнским митохондриям человека удается одержать верх над отцовскими. У большинства живых организмов это тоже так, но победы куются  разными способами. В одних клетках отцовские митохондрии поглощаются пищеварительными вакуолями, в других — разрушаются путем аутофагии.

Тем не менее можно предположить, что ядерные гены, ответственные за этот процесс, могут мутировать, и тогда в зародыше отцовские митохондрии будут выживать. Правда, одной мутацией здесь, скорее всего, не обойтись. Отцовских митохондрий, даже если они избегают уничтожения, в оплодотворенной яйцеклетке все равно очень мало (около 0,1% от всего количества). Но раз их повреждения проявляются у ребенка и оказывают серьезное влияние на здоровье, значит, они должны были как-то размножиться. То есть в самой митохондриальной ДНК отца должны быть еще какие-то мутации, которые позволяют этим органеллам избирательно размножаться и захватывать все больше клеточного пространства.

Можно ли от тебя избавиться?

Митохондриальные генетические проблемы доставляют не меньше проблем, чем ядерные. Тем не менее их мы уже почти научились чинить — с помощью технологии «ребенка от трех родителей». Идея состоит в том, чтобы пересадить родительские ядра в донорскую цитоплазму со здоровыми митохондриями. Есть несколько вариантов того, как это можно осуществить. Например, можно оплодотворить яйцеклетку матери сперматозоидом отца, а затем гибридное ядро пересадить в яйцеклетку донора. Или же — более этичный вариант, не требующий разрушения зародыша, — пересадить ядро яйцеклетки матери в цитоплазму донора, а потом оплодотворить гибридную яйцеклетку сперматозоидом отца. Подобные операции не всегда проходят успешно: в некоторых случаях митохондрии матери все же попадают в цитоплазму донора и есть риск, что они там останутся. А теперь, судя по всему, придется проверять и отца, потому что ребенок может оказаться тройным митохондриальным гибридом, а исход такой битвы не всегда просто предсказать.

Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы

Гены, молчать!

В США одобрен первый препарат на основе РНК-интерференции

Пока мир размышляет над этичностью и безопасностью редактирования генома с помощью CRISPR-Cas, другие технологии уже выходят на рынок. Новый лидер молекулярного забега — препарат, использующий РНК-интерференцию для того, чтобы «глушить» экспрессию определенных генов.
Добавить в закладки
Комментарии

В поисках причин заболеваний современная медицина закапывается все глубже в молекулярный грунт. Раньше мы работали с симптомами заболеваний, облегчая состояние больного организма, потом переключились на причины, добавляя недостающие белки или разрушая лишние, сейчас же мы пытаемся предотвратить возникновение этих причин, манипулируя работой отдельных генов.

Мы уже умеем создавать отдельные клетки человека, работающие так, как нам нужно, — тому пример одобренная недавно CAR-T клеточная терапия для больных лейкемией или излеченный от буллезного эпидермолиза мальчик. В обоих случаях врачи забирали у больных неправильно работающие клетки и заменяли отредактированными, правильными.

Но вывод на рынок РНК-интерференции впервые позволяет нам радикально менять работу генов in vivo, и это принципиально новый уровень управления работой нашего организма.

Все на борьбу с амилоидозом [ ... ]

Читать полностью

Битва зародышей

Еда, воздержание, теракты и другие факторы, связанные с полом будущего ребенка

Это история о первой дискриминации в жизни человека. Придется признать: девочки и мальчики все же не равны, по крайней мере, на стадии эмбриона, поскольку мальчики рождаются чаще, чем девочки. Мы попробовали выяснить, как повлиять на это соотношение. Помогут ли занятия дайвингом, питание бананами и секс во время заморозков «заказать» себе ребенка определенного пола? Грань между народными методами и научными обоснованиями оказалась очень тонка.
Добавить в закладки
Комментарии

И все-таки их больше

Народная медицина знает множество методов управления полом ребенка — от составления гороскопов до подкладывания символических предметов на брачное ложе будущих отца и матери. Вопрос об их эффективности остается открытым, что не снижает интереса людей к подобным практикам. Тема актуальна и с медицинской точки зрения: многие наследственные заболевания сцеплены с полом и, следовательно, их можно избежать, если научиться влиять на процесс установления пола. Однако все эти соображения не имели бы смысла, если бы мы были уверены, что пол определяется абсолютно случайным образом. Что заставляет нас думать иначе?

Подсчитывать рождаемость мальчиков и девочек ученые начали еще в XVII веке и не прекращают до сих пор. За сотни лет подсчитанное соотношение полов новорожденных практически никогда не равнялось строго 1:1. Правда, перекос не выглядит драматическим: средние оценки по миру дают 106 рождающихся мальчиков на 100 девочек. (Скажем сразу, эти цифры не отражают соотношение среди взрослого населения из-за множества наслаивающихся социальных факторов.) Однако в разных частях света соотношение может отличаться от среднего. Так, мальчиков рождается больше всего в восточных странах, а при движении на запад эти цифры падают. Существуют и расовые особенности, например, в некоторых областях Африки соотношение достигает 99:100 уже в пользу девочек. Отклонения от стандартных цифр могут возникать для отдельных групп (например, у миллиардеров из списка Форбс 2009 года 60% детей — мальчики); при определенных условиях (после аномальных скачков температуры в Японии в 2010—2011 годах девочек стало рождаться больше) и в результате социальных конфликтов. Примером последнего случая является так называемый «эффект войны» — во многих популяциях после войны мальчики рождаются чаще.

Изображение: Анатолий Лапушко / Chrdk.

Изображение: Анатолий Лапушко / Chrdk.

[ ... ]
Читать полностью

Ну ма-а-ам!

Как и от кого защитить очень маленьких детей

Отношения детей с родителями — тема непростая. Она вдохновляет деятелей искусства, кормит психоаналитиков и порождает комплексы у всех остальных. Считается, что корень всех бед прячется в детстве. Но мы предлагаем копнуть глубже. Самые первые проблемы начинаются уже у эмбриона, главным врагом которого оказывается — о ужас! — собственная мама. В День защиты детей мы рассказываем трогательную историю о матери и ребенке, которые пытаются (с помощью системы иммунитета) научиться принимать друг друга такими, как они есть. Спойлер: все закончится хорошо.
Добавить в закладки
Комментарии
От редакции, 16/10/2017

: Этот текст

стал лучшим

в номинации «Науки о жизни» («Лучшая публикация в Интернет-СМИ») на конкурсе Tech in Media 2017. Чем редакция «Чердака» очень гордится! [ ... ]

Читать полностью