Различия в географическом происхождении генов могут влиять на функцию человеческих митохондрий — 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 появится в сети 14 января 2019 года в журнале Nature Ecology and Evolution , может иметь значение для общественного здравоохранения и 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 геномсостоит из кусочков ДНК, которые эволюционировали в разных местах по всему миру, что может привести к изменению происхождения в геноме. Например, многие из нас несут кусочки ДНК неандертальца вместе с ДНК современного человека. Этот вариант имеет много преимуществ; например, повышенная вариабельность иммунных генов может обеспечить улучшенную защиту от болезней. Тем не менее, изменение в географическом происхождении в геноме также может привести к проблемам коммуникации между генами, например, между митохондриальными и ядерными генами, которые работают вместе, чтобы регулировать функцию митохондрий. Понимание этого процесса может иметь последствия для здоровья человека «.
Исследователи сосредоточились конкретно 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 исключительно материнская — есть большие возможности для различий в происхождении генов, связанных с митохондриями, в ядерном геноме по сравнению с генами в самой митохондриальной ДНК.
Сначала исследователи выяснили, может ли несоответствие — 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 и первый автор бумага. «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 митохондрией 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 обеспечило бы 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 ».
