Различия в географическом происхождении генов могут влиять на функцию митохондрий

        

Различия в географическом происхождении генов могут влиять на функцию митохондрий человека – генерирующих энергию органелл внутри клеток – согласно новому исследованию. Митохондрии имеют свой собственный геном, отдельный от ядерного генома, содержащегося в ядре клетки, и оба генома содержат гены, которые являются неотъемлемой частью выработки энергии митохондриями. Исследование исследует, могут ли эти «мито-ядерные» взаимодействия, которые тонко настраиваются естественным отбором в течение глубокого эволюционного времени, быть изменены, когда гены различного географического происхождения объединяются в геноме. Исследование, которое появляется онлайн 14 января 2019 года в журнале Nature Ecology and Evolution может иметь значение для общественного здравоохранения и для медицинских процедур, которые заменяют митохондрии в клетках человека.

«Геномы, которые эволюционируют в разных географических точках без перемешивания, могут в конечном итоге отличаться друг от друга», – сказала Катерина Макова, профессор биологии Pentz в Penn State и автор статьи. «В настоящее время существует так много смешивания, что почти каждый геном состоит из кусочков ДНК, которые развились в разных местах по всему миру, что может привести к изменению происхождения в геноме. Например, многие из нас несут кусочки ДНК неандертальца наряду с современной человеческой ДНК. Эта вариация имеет много преимуществ, например, повышенная вариабельность иммунных генов может обеспечить улучшенную защиту от болезней. Однако вариация географического происхождения в геноме также может потенциально привести к проблемам коммуникации между генами, например, между митохондриальными и ядерными генами, которые работают вместе, чтобы регулировать функцию митохондрий. Понимание этого процесса может иметь значение для здоровья человека. "

Исследователи сосредоточили свое внимание на генах, используемых митохондриями. Для выполнения своих функций митохондрии полагаются на гены, закодированные в ДНК самой митохондрии, и на гены, которые кодируются внутри ядра клетки. Поскольку митохондриальная и ядерная ДНК наследуются по-разному – ядерная ДНК примерно одинаково передается от матери и отца, но митохондриальная ДНК является исключительно материнской – есть большие возможности для различий в происхождении генов, связанных с митохондриями, в ядерном геноме по сравнению к генам в самой митохондриальной ДНК.

Исследователи впервые исследовали, может ли диссонанс – степень различий в географическом происхождении между митохондриальным и ядерным геномами – влиять на эту черту. Они обнаружили, что увеличение количества разногласий связано с уменьшением количества копий митохондриальной ДНК в клетке, что может означать снижение эффективности репликации митохондриальной ДНК.

«Мы наблюдали эту закономерность у шести групп американцев со смешанным происхождением. Конкретное происхождение не имело значения, насколько отличным было ядерное происхождение от митохондриального происхождения», – сказал Арслан Заиди, постдокторский исследователь в области биологии в штате Пенсильвания Первый автор статьи. «Хотя эти различия в географическом происхождении присутствуют у всех людей, мы специально рассмотрели популяции со смешанным происхождением, потому что последствия этих различий должно быть легче обнаружить в таких популяциях».

Исследовательская группа также обнаружила, что со временем естественный отбор мог бы уменьшить общую разницу в географическом происхождении между связанными с митохондриями ядерными генами и митохондриальным геномом. Они нашли доказательства этого в двух из шести проанализированных групп. Пуэрториканцы, которые имеют высокую долю митохондриальной ДНК индейского происхождения, имеют больше связанных с митохондриями ядерных генов индейского происхождения, чем ожидалось, по сравнению с генами из остального ядерного генома, которые кодируют другие функции. Точно так же афроамериканцы, которые имеют высокую долю митохондриальной ДНК африканского происхождения, имеют больше связанных с митохондриями ядерных генов африканского происхождения, чем ожидалось, по сравнению с остальной частью генома.

«В этих группах мы предполагаем, что естественный отбор направляет траекторию ядерных генов, связанных с митохондриями, в пользу вариантов генов, которые по географическому происхождению более сходны с митохондриальной ДНК», – сказала Макова. «Вероятно, существует давление отбора, действующее на остальную часть ядерного генома в этих группах, но нет систематического обогащения по одному типу предков по всем этим генам. В трех других исследованных нами группах, однако, мы этого не сделали. наблюдать эту тенденцию, и в одной группе мы действительно обнаружили противоположную тенденцию. У нас пока нет хорошего объяснения, и это действительно демонстрирует сложность такого рода взаимодействий ».

Результаты исследования подчеркивают необходимость более детального изучения взаимодействия между митохондриальной и ядерной ДНК. Тем не менее, исследователи предупреждают, что эффекты диссонанса, которые они наблюдали, были обнаружены в клеточных линиях, происходящих из тканей человека, поэтому неясно, в какой степени эти эффекты могут присутствовать в самих тканях человека. В будущем они планируют исследовать этот вопрос, а также изучить влияние несоответствия на другие аспекты митохондриальной функции и на другие сложные признаки, такие как частота сердечных заболеваний.

«Чтобы было ясно, наше исследование не предполагает, что наличие определенной комбинации митохондриальных и ядерных генов обеспечит преимущество или недостаток», – сказала Макова. «Но это говорит нам о том, что мы должны продолжать исследовать эти различия в географическом происхождении между этими двумя группами генов. Такая информация будет особенно полезна в медицинских процедурах, таких как митохондриальная заместительная терапия, где пациенты с поврежденными митохондриями получают митохондрии от донора . Возможно, что сопоставление происхождения митохондриального донора с пациентом может повысить эффективность этих процедур, но в будущем необходимо знать наверняка ».

Источник:

http://science.psu.edu/news-and-events/2019-news/Makova1-2019

      

Source link