Медична генетика - В. М. Запорожан 2005

Вступ до медичної генетики
Молекулярні основи спадковості
Мітохондріальна ДНК

Еукаріотична Клітина має до кількох сотень мітохондрій, у кожній з яких міститься у середньому 2-10 кільцевих мітохондріальних ДНК (мтДНК). Іноді у людини мтДНК називають 25-ю хромосомою (22 автосоми, Х-, Y-Хромосоми та мтДНК).

Мітохондріальна ДНК людини — дволанцюгова кільцева молекула (рис. 1.8). Вона складається з 16 569 п. н. і містить 37 генів, продукти яких беруть участь у процесі вироблення енергії в дихальному ланцюзі мітохондрій (13 генів, що кодують Ферменти окисно-відновних ланцюгів, 22 гени тРНК і 2 гени рРНК, які беруть участь у синтезі білка безпосередньо в мітохондріях).

На відміну від ядерної, для мтДНК характерні такі ознаки:

— відносно невеликі розміри і малий набір генів; практично відсутні некодуючі ділянки;

— гени в мітохондріях позбавлені інтронів, деякі гени перекриваються;

— відмінності в структурі генетичного коду: стоп-кодонами є триплети АГА і АГГ, які кодують в ядерній ДНК аргінін; кодон ТГА визначає Триптофан, не будучи стоп-кодоном;

— відсутність рекомбінацій;

— висока частота Мутації — в середньому в 1017 разів вища, ніж у ядерних генів, що пояснюється недосконалістю репараційних механізмів, відсутністю гістонів і присутністю вільних радикалів кисню — побічних продуктів аеробного Дихання (мутагенів); мутації мтДНК призводять до виникнення мітохондріальних хвороб;

— цитоплазматичний тип успадкування; вся мітохондріальна ДНК успадковується за материнською лінією з цитоплазми яйцеклітини; навіть якщо в яйцеклітину при заплідненні проникає кілька копій батьківської мтДНК, їхній внесок у наступне покоління блокується на молекулярному рівні.

Рис. 1.8. Схема мітохондріальної ДНК (стрілками показано гени, відповідальні за розвиток мітохондріальних захворювань): ND1-ND6, ND4L — гени субодиниць комплексу I дихального ланцюга; Cyt b — ген субодиниць комплексу II дихального ланцюга; COX I- СОХ III — гени субодиниць комплексу IV дихального ланцюга; ATРase 6-8 — гени субодиниць комплексу V дихального ланцюга; 16S і 12S — гени рРНК; однолітерні символи — гени тРНК відповідних амінокислот; D-петля — ділянка початку реплікації; MELAS — мітохондріальна енцефалопатія, лактат-ацидоз, інсультоподібні епізоди; MERRF — міоклонус-Епілепсія, рвані червоні волокна; NAPR — невропатія, атаксія, пігментний ретиніт

Висока частота мутацій, відсутність рекомбінацій і цитоплазматичний тип успадкування дозволяє використовувати аналіз мтДНК у судовій медицині та популяційній генетиці.