میتوکندری‌ها، میراث مادر

یک پژوهش تازه نشان می‌دهد که چرا میتوکندری‌ها از مادر به ارث می‌رسند و میتوکندری‌های پدر به فرزندان منتقل نمی‌شوند.

تقریباً تمام حیوانات زمینی به دلیل انرژی مورد نیاز برای حفظ و رشد تمامی سلول‌هایشان، از مادرشان تشکر می‌کنند. این انرژی در بخشی از سلول به نام میتوکندری تولید می‌شود.

این میتوکندری‌ها بر اساس دستورالعمل ژنتیکی ساخته شده‌اند که در DNA میتوکندری مادری وجود دارد. اما DNA میتوکندریایی پدر هیچ نقشی ندارد. اگرچه، نقطه دقیقی که در آن ژن‌های میتوکندریایی پدر از بین می‌روند، هنوز مشخص نیست.

مطالعات مختلف فرض می‌کنند که این اتفاق به علت تجزیه شدن سیتوپلاسم تخمک و ویرایش شدید در اسپرم هنگام تشکیل آن اتفاق می‌افتد. اما مطالعات اخیر نشان می‌دهند که هیچ DNA میتوکندریایی سالمی در اسپرم انسان تا قبل از تلقیح تخمک شناسایی نشده است، که این ممکن است نشان دهنده این باشد که دورانداختن DNA میتوکندری در اسپرم به سرعت اتفاق می‌افتد.

به گزارش علمی، در حالی‌که هر سلول اسپرم دارای حدود ۱۰۰ میتوکندری است، پژوهشگران هیچ اثری از DNA میتوکندری پدر درون میتوکندری‌ها پیدا نکردند. همچنین، اسپرم فاقد فاکتورهای رونویسی مورد نیاز برای حفظ DNA میتوکندری بود. بنابراین نتیجه این تحقیق این است که “اسپرم انسان بالغ فاقد DNA میتوکندری است و این امر با تورث ژنوم میتوکندری از مادر در پستانداران سازگار است.”

هرچند که سلول‌های جنسی پدر همچنان دارای DNA هسته‌ای خود هستند و ژنوم هسته‌ای انسان از نظر حجمی بزرگ‌تر از ژنوم میتوکندری است، اما جهش‌ها در DNA میتوکندری با برخی بیماری‌ها و عملکردهای پیری مرتبط هستند، که نشان از اهمیت بالای این ساختار سلولی برای سلامت و عملکرد بدن دارند.

چرا فقط DNA میتوکندریایی مادر منتقل می‌شود؟

یکی از فرضیه‌ها، نسبت به ژنوم میتوکندری، نرخ جهش نسبتاً بالا در مقایسه با ژنوم هسته‌ای می‌باشد. هر سلول در بدن دارای تعدادی میتوکندری است که هنگام تقسیم سلول والد به سلول‌های دخترانه منتقل می‌شوند. تقسیم میتوکندری‌ها بین سلول‌های دختری برخوردار از تنظیم منظم نمی‌باشد؛ به این معنا که گاهی اوقات سلول‌های دختری تعداد کافی از میتوکندری‌ها را دریافت نمی‌کنند تا نیازهای خود را پوشش دهند. کار کردن دیگر میتوکندری‌ها که به‌صورت معدود دریافت شده‌اند، احتمال تخریب و جهش را افزایش می‌دهد.

سلول تخمک از میتوکندری‌های خود به‌عنوان منبع انرژی مصرف نمی‌کند؛ بنابراین، DNA میتوکندریایی سالمی را منتقل می‌کند. از سوی دیگر، سلول‌های اسپرم به سرعت انرژی خود را برای رسیدن به تخمک و بارور شدن آن مصرف می‌کنند، که منجر به احتمال جمع‌آوری جهش‌های بیشتر در DNA میتوکندری می‌شود. علاوه بر این، سلول تخمک به میتوکندری‌های خود متکی نیست و انرژی را از میتوکندری‌های سلول‌های مجاورش تأمین می‌کند. به دلیل اینکه تخمک از میتوکندری‌های خود به‌عنوان منبع انرژی مصرف نمی‌کند، DNA میتوکندریایی سالمی را منتقل می‌کند.

یافته‌های مطالعه جدید توضیحی درباره علت وقوع جهش‌های نادر در انتقال DNA میتوکندری از مادر و پدر به نسل بعدی نمی‌دهد. این در حالی است که گاهی‌اوقات در موارد نادر، انتقال DNA میتوکندری از هر دو والد رخ می‌دهد. با این حال، نتایج این تحقیق می‌توانند به متخصصان در درک بهتر برخی از اختلالات باروری کمک کنند که ممکن است از طریق انتقال DNA میتوکندری از اسپرم یا تخمک به نسل بعد منتقل شوند.

در دهه‌های اخیر، دانشمندان به شیوه‌هایی دست یافته‌اند که انتقال جهش‌های مضر در DNA میتوکندری به نسل بعدی را جلوگیری کنند.

در سطح جهانی، پس از آنکه والدین از روش‌های پیشرفتهٔ جایگزینی میتوکندری بهره‌برداری کردند، چندین نوزاد به دنیا آمده‌اند که دارای DNA هسته‌ای مشابه هر کودک دیگری هستند؛ با این تفاوت که DNA میتوکندری آن‌ها از تخمک زن اهداکنندهٔ دیگری به‌اقتباس آمده است.

تورث مادری DNA میتوکندری اصلی است که به ارتقاء و تکامل بیشتر گونه‌ها کمک می‌کند، اگرچه اساس مولکولی این پدیده و مزایای آن هنوز در معرض تحقیقات است. این واقعیت نابودنی است که برای بخش بنیادینی از زندگی، دانش ما همچنان کمبود دارد و ما به درستی نمی‌فهمیم که ژن‌های ما از کجا می‌آیند.

این تحقیق در مجله Nature Genetics منتشر شده است.