Гетероплазмия.

Гетероплазмия – это присутствие в клетке различающихся молекул митохондриальной ДНК. Как правило, речь в данном случае идет об однотипных молекулах, имеющих небольшие отличия.

Различают два варианта гетероплазмии: размерную и сайтовую.

Обычно первая является результатом присутствия в контрольной области молекулы разного количества сравнительно коротких повторяющихся последовательностей (10–100 нуклеотидов). Считается, что увеличение количества повторов связано с интенсификацией процесса транскрипции мт-ДНК. Размерную гетероплазмию фиксировали у многих организмов, в частности у рыб, насекомых, летучих мышей и др.

Сайтовая гетероплазмия чаще всего связана с накоплением мутаций.

Данные об изменчивости митохондриального генома в современных этнорасовых группах человека широко используются для реконструкции истории происхождения человека. Наследование мтДНК человека строго по материнской линии и без рекомбинаций обеспечивает преемственность между поколениями и позволяет проводить генеалогический анализ популяционных данных. Получаемая информация имеет непосредственное отношение к эволюции митохондриального генофонда женской половины человечества.

Однако основанные на изменчивости мтДНК реконструкции глобальных процессов, случившихся в истории Homo sapiens, очевидно, носят универсальный характер.

Одной из важнейших проблем в происхождении рас человека является вопрос о центрах их возникновения. Существующие гипотезы первичных очагов возникновения расовых различий разделяются на моноцентрические и полицентрические в различных вариантах.

Митохондриальный геном высших растений. Особенности митохондриального генетического кода. Взаимодействие геномов митохондрий с геномом ядра. Использование митохондрий в биотехнологии.

Высшие растения имеют более крупный митохондриональный геном среди всех эукариот. У большинства высших растений и водорослей мтДНК представлена многочисленными кольцевыми молекулами размером не более 80 тыс.п.н. В митохондриальном геноме растений, помимо крупных молекул ДНК часто присутствуют кольцевые и линейные плазмиды. Большая часть генома митохондрий состоит из некодирующей последовательностей. Гены отделены друг от друга нескольким и тысячами нуклеотидных пар, поэтому каждый ген считывается автономно.

Мт‑геном высших растений представлен молекулами от 100 до 1000 Kbp. Отличия от мт жив–х касаются в первую очередь наличия межгенных спейсерных последовательностей разной протяженности и присутствием дополнительных генов. Количество идентифицированных генов колеблется от 40 до 156.

Типовой набор митохондриальных генов включает набор генов: кодирующие субъединицы комплекса I (NADH: убихинон оксидоредуктазы) nad 1–9; комплекса III (убихинон:цитохром с оксидоредуктазы) cob; комплекса IV (цитохром с оксидазы) cox 1–3; комплекса V (ATP синтазы) atp 1,6,8. Кроме того, в геноме имеются гены рРНК большой и малой субчастиц рибосом и варьирующее количество генов тРНК. Этот набор генов за редким исключением присутствует практически во всех мт‑геномах.

Митохондриальный геном растений кодирует три рибосомные РНК, 16 транспортных РНК, около 10 рибосомальных белков, некоторые белки дыхательной цепи, часть субъединиц АТФ-синтетазы, четыре белка, участвующих в синтезе цитохрома с. Наличие межгенных спейсерных последовательностей разной протяженности и присутствием дополнительных генов. Структурные гены у некоторых видов содержат интроны I или II типа. Примером этого варианта организации может быть геном диатомовой водоросли Synedra acus, геномы зеленых и красных водорослей или представителя воротничковых жгутиковых – Monosiga brevicollis.

Рекомбинации и мутации митохондриальной ДНК ведут к цитоплазматической мужской стерильности, вызывая нарушения созревания пыльцевых трубок. Интроны I, II и III группы способны к автосплайсингу и встречаются реже, чем сплайсосомные интроны. Типовой набор митохондриальных генов включает набор генов: кодирующих субъединицы комплекса I (NADH: убихинон оксидоредуктазы); комплекса III (убихинон: цитохром с оксидоредуктазы); комплекса IV (цитохром с оксидазы); комплекса V (ATP синтазы). В геноме имеются гены рРНК большой и малой субчастиц рибосом и варьирующее количество генов тРНК. Среди дополнительных генов следует отметить: от 3 до 27 генов рибосомных белков (чаще малой субчастицы), гены субъединицы комплекса II (сукцинат:убихинон оксидоредуктазы), уникальные неидентифицированные рамки считывания.

В том случае, если все митохондрии в клетке имеют одинаковую копию ДНК дикого типа – наблюдается гомоплазмия (однотипность митохондриальной ДНК у индивидов). Гетероплазмия – это присутствие в клетке различающихся молекул митохондриальной ДНК. Различают два варианта гетероплазмии: размерную и сайтовую.

Все гены процессинга РНК, транскрипции, трансляции перенесены в ядро.

Транскрипция мтДНК начинается с двух промоторов тяжелой цепи (HSP1 и HSP2) и одного промотора легкой цепи (LSP). С LSP синтезируется полицистронная РНК, состоящая из восьми тРНК и одной мРНК, кодирующей субъединицу ND6, в то время как с HSP1 и HSP2 синтезируются транскрипты, включающиие остальные 14 тРНК, две рРНК и 12 мРНК, причем количество транскриптов, включающих две рРНК и две тРНК, на порядок больше. Трансляция белков, кодируемых мтДНК, происходит в матриксе на митохондриальных рибосомах (миторибосомы).

Для митохондриального генетического кода характерны те же структуры и свойства что и в случае ядер-ного генетического кода. Однако известны и отличия. В митохондриальной ДНК все нуклеотиды входят в состав кодонов, кодирующих либо белки, либо рРНК и тРНК. Для трансляции используется только 22 тРНК. Митохондриальная ДНК человека и других млекопитающих со-держит 64 кодона, из которых 4 являются стоп-кодонами.

Каждый антикодон в случае митохондриального генетического кода способен спариваться с несколькими кодонами мРНК. Например, антикодон УАГ спаривается с кодонами ЦУУ, ЦУЦ, ЦУА и ЦУТ, кодирующими лейцин. 22 антикодона тРНК спариваются с 60 кодонами иРНК. Генетический код ДНК и белоксинтезирующий аппарат хлоропластов несколько отличны от кода и белоксинтезирующего аппарата митохондрий.

Экспрессией большинства генов митохондрий управляют определенные гены ядер. Если блокировать синтез белка в митохондриях интактных клеток, то в цитоплазме начинают в избытке образовываться ферменты участвующие в митохондриальном синтезе ДНК, РНК и белков, клетка пытается преодолеть воздействие блокирующего агента. РНК редактирование в митохондриях цветковых растений заключается в дезаминировании С до U. Дезаминирование осуществляется специализированным ферментом класса дезаминаз. Реакция дезаминирования C→U происходит строго сайт-специфично. Репликация осуществляется с участием белков, кодируемых яДНК, – митохондриальной ДНК-полимеразой, геликазой и белком, связывающимся с оцДНК.