Zusammenspiel zwischen Mitochondrien und Nukleus können Konsequenzen für die neue Behandlung

Die Mitochondrien, die ‚Batterien‘, die produzieren unsere Energie, die Interaktion mit dem Zellkern auf subtile Weise bislang ungesehen in den Menschen, entsprechend der Forschung veröffentlicht heute in der Zeitschrift Wissenschaft.

Die Studie, geführt von den Wissenschaftlern an der Universität von Cambridge, deutet darauf hin, dass Vergleiche der mitochondrialen DNA, nukleäre DNA, könnte wichtig sein, wenn die Auswahl der potenziellen Spender für die vor kurzem genehmigten Mitochondrien-Spende-Behandlung, um zu verhindern, dass mögliche gesundheitliche Probleme im späteren Leben.

Fast alle der DNA des menschlichen Genoms — der Körper die ‚Blaupause‘ — enthalten ist, die innerhalb unserer Zellen-Kerne. Dies bezeichnet man als “ nuklearer DNA. Neben anderen Funktionen, die nukleare DNA-codes für die Eigenschaften, die uns die individuelle als auch für die Proteine, die die meiste Arbeit zu tun in unserem Körper.

Unsere Zellen enthalten auch die Mitochondrien, die oft als die ‚Batterien‘, die liefern die Energie für unsere Zellen zu funktionieren. Jede dieser Mitochondrien kodiert wird, die durch eine winzige Menge „mitochondriale DNA“. Die mitochondriale DNA macht nur 0,1% des gesamten menschlichen Genoms und nach unten weitergegeben wird ausschließlich von der Mutter auf das Kind.

Bis jetzt haben Wissenschaftler gedacht hatte, dass Mitochondrien waren leicht austauschbar, dienen nur, um die macht unserer Körper, und so eine individuelle Mitochondrien könnte ersetzt werden, mit denen von einem Spender mit keine Konsequenzen. Allerdings, in der ersten großen Bevölkerung Studie zur Verwendung von Daten aus dem UK-weit auf 100.000 Genome Project und seine National Institute for Health Research (NIHR) finanzierte pilot-Projekt wollen die Forscher verglichen die mitochondriale und nukleare DNA aus zig tausenden von Menschen und fand, dass Mitochondrien können fein abgestimmt werden, um den Kern.

Die Forscher untersuchten über 1.500 Mutter-Kind-Paare und fand, dass knapp die Hälfte (45%) der Individuen innerhalb dieser Paare trugen Mutationen, die mindestens 1% Ihrer mitochondrialen DNA. Mutationen in bestimmten teilen der mitochondrialen DNA häufiger übertragen werden, wie jene, die im sogenannten D-loop-region, die steuert, wie der mitochondrialen DNA kopiert sich selbst. Umgekehrt können Mutationen in anderen teilen der mitochondrialen DNA wurden eher unterdrückt, wie der code dafür, wie Mitochondrien produzieren Ihre eigenen Proteine.

„Kinder“ Erben “ die DNA ausschließlich von der Mutter und wir wollten sehen wie es erklärt die Ursprünge des mitochondrialen Erkrankungen,“ sagt ersten Autor Dr. Wei Wei von der Medical Research Council (MRC) Mitochondrial Biology Unit und der Abteilung für Klinische Neurowissenschaften an der Universität Cambridge. „Was wir fanden, war, dass es irgendeine Art von Auswahl stattfinden, wenn die mitochondriale DNA übertragen wird unten eine generation, so dass einige Mutationen, die weitergegeben werden und können von anderen blockiert zu werden.“

Genetische Varianten, die zuvor beobachtet worden, die um die Welt gingen, waren eher weitergegeben werden, als komplett neue, die das team gefunden. Dies bedeutet, dass es ist ein Mechanismus, der Filter der mitochondrialen DNA, wenn es ist, weitergegeben von der Mutter auf das Kind, beeinflussen die Wahrscheinlichkeit, dass eine bestimmte Variante wird gegründet in der menschlichen Bevölkerung.

DNA geben uns Hinweise auf unsere Vorfahren-zum Beispiel, das Muster von genetischen Varianten in die DNA einer Person möglicherweise häufiger bei Menschen europäischer Abstammung ist, als es bei Menschen asiatischer Abstammung. Bei den meisten Menschen, genetische Varianten in unseren beiden nuklearen und mitochondrialen DNA kommen aus dem gleichen Teil der Welt. Jedoch, in etwa ein in 40 Menschen in Großbritannien Probe, die mitochondriale DNA und Kern-DNA nicht übereinstimmende ancestries. Zum Beispiel, die nukleare DNA könnte europäischen, während die mitochondriale DNA ist in Asien. Dies geschieht, weil irgendwann in der mütterlichen Linie, da war eine Mutter aus einem anderen ethnischen hintergrund.

„Als mitochondriale DNA hat eine viel höhere Mutationsrate als die nukleäre DNA, Mutationen des mitochondrialen Genoms ist ein gemeinsames auftreten. Wir wollten zur Untersuchung der natürlichen selektiven Kräfte der Bestimmung des Schicksals dieser Mutationen“, sagt Dr. Ernest Turro der Abteilung Hämatologie und der MRC Biostatistics Unit, und einer der leitenden Autoren der Studie.

„Unsere statistische Analyse legt nahe, dass, in der Menschen mit unterschiedlichen mitochondrialen und nuklearen ancestries, den letzten mitochondriale Mutationen sind eher zu sehen gewesen, bevor Sie in den Bevölkerungen mit der gleichen nuklearen Abstammung als die gleiche mitochondriale Abstammung“.

Entscheidend ist, dass diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Veränderungen in unserer mitochondrialen DNA sind geprägt durch unsere Kern-DNA.

„Diese Entdeckung zeigt uns, dass es eine subtile Beziehung zwischen den Mitochondrien und Zellkerne in unseren Zellen, dass wir gerade erst beginnen zu verstehen“, sagt Professor Patrick Chinnery, Leiter der Abteilung für Klinische Neurowissenschaften an der Universität Cambridge und des Wellcome Trust Principal Research Fellow. „Was uns andeutet, ist, dass swapping Mitochondrien möglicherweise nicht so einfach wie das ändern der Batterien in ein Gerät.“

Die Beweise, die Spiegel, die aus früheren Studien in den Fruchtfliegen und-Mäusen, in denen eine Diskrepanz zwischen Ihrer mitochondrialen und nuklearen DNA beeinflusst, wie lange die Organismen gelebt und verursacht Herz-Kreislauf-und metabolische Komplikationen später im Leben (Krankheiten des Menschen, vielleicht gehören Herzerkrankungen und Typ-2-diabetes zum Beispiel).

Die Ergebnisse haben möglicherweise Auswirkungen für die Mitochondrien-Spende-Behandlung (auch bekannt als mitochondriale Ersatz-Therapie), sagt Professor Chinnery, der früher mit dem team an der Universität Newcastle, Pionier dieser Behandlung. Diese Technik ist jetzt zugelassen für den Einsatz in der UK um zu verhindern, dass die übertragung von der Mutter auf das Kind potentiell verheerenden mitochondrialen Erkrankungen. Es beinhaltet die Substitution von einer Mutter, die nukleare DNA in einem Spender ei unter Beibehaltung der Spender-Mitochondrien.

„Mitochondrien-Ersatz-Therapie ist eine wichtige neue Behandlung, damit die Mütter haben die Kinder frei von schrecklichen mitochondriale Krankheiten, die entstehen, weil der schwere Mutationen in der mitochondrialen DNA“, sagt Professor Chinnery.

„Unsere Arbeit schlägt vor, dass wir brauchen, um sich sorgfältig auf diese neue Behandlung, um sicherzustellen, dass es keine unerwarteten gesundheitlichen Problemen weiter unten in der Zeile. Es kann bedeuten, dass die ärzte entsprechend die nukleare Genom-und Mitochondrien-Genom von Mitochondrien-Spender, ähnlich wie eine Organtransplantation.“

Das team hat nun damit begonnen, einen Blick auf jene Menschen, deren mitochondriale DNA nicht mit Ihrer Kern-DNA um zu sehen, ob diese Diskrepanz erhöht sich die Wahrscheinlichkeit, dass Sie betroffen sind, gesundheitliche Probleme im späteren Leben.

Die Forschung ist die erste große Bevölkerung Studie entstehen aus gesammelten Daten als Teil der 100.000 Genome-Projekt, sammelt, die genetische Daten von den Patienten durch den NHS, mit dem Ziel, die Umwandlung der Art, wie Menschen versorgt werden und bietet eine wichtige neue Ressource für die medizinische Forschung. Pilot Daten für die Studie wurden durch die NIHR Cambridge Biomedical Research Centre.

„Die Einbeziehung der 100,00-Genome-Projekt in den großen Entdeckungen, veranschaulicht die Bedeutung von großen, sorgfältig gesammelte Datensätze mit gesamte Genom-Sequenzen, die neue biologische Erkenntnisse und ebnen den Weg für die wichtigsten healthcare-Transformationen“, sagt Professor Mark Caulfield, Chief Executive von Genomics England und Co-Direktor der William Harvey Research Institute an der Queen Mary University of London.