Матери могут влиять на рост, продолжительность жизни и риск заболеваний потомства через митохондрии

Исследование Кембриджского университета с участием более 350 000 человек показало, что митохондрии — «батарейки», питающие наши клетки, — играют неожиданную роль в развитии распространённых заболеваний, таких как диабет 2-го типа и рассеянный склероз.

Исследование, опубликованное в Nature Genetics, обнаружило, что генетические варианты в ДНК митохондрий могут повышать риск развития этих состояний, а также влиять на такие характеристики, как рост и продолжительность жизни.

Также были найдены свидетельства, что некоторые изменения в митохондриальной ДНК чаще встречаются у людей с шотландским, валлийским или нортумбрийским генетическим происхождением. Это подразумевает взаимодействие между митохондриальной ДНК и ядерной ДНК (которая составляет 99.9% нашего генома).

Почти вся ДНК человеческого генома содержится в ядрах клеток. Митохондрии, часто называемые «батарейками», обеспечивают клетки энергией, преобразуя пищу в молекулу АТФ. Каждая митохондрия кодируется небольшим количеством «митохондриальной ДНК», которая составляет лишь 0.1% общего генома и передаётся исключительно от матери к ребёнку.

До сих пор было мало доказательств, что варианты митохондриальной ДНК влияют на распространённые болезни, помимо редких митохондриальных заболеваний. Команда Кембриджа разработала новый метод для изучения митохондриальной ДНК и её связи с заболеваниями и характеристиками на выборке из 358 000 добровольцев UK Biobank.

Результаты исследования

Используя новый метод, учёные обнаружили, что митохондриальная ДНК влияет на риск таких состояний, как:

• Диабет 2-го типа
• Рассеянный склероз
• Функцию печени и почек
• Параметры анализа крови
• Продолжительность жизни
• Рост

Эффекты у здоровых людей, как правило, очень subtle (например, разница в росте может составлять всего несколько миллиметров), но они статистически значимы.

Механизм влияния

Одно из объяснений — изменения в митохондриальной ДНК приводят к subtle различиям в способности производить энергию. Однако влияние, вероятно, сложнее и затрагивает комплексные биологические pathways внутри организма.

Взаимодействие геномов

В отличие от ядерной ДНК, наследуемой от обоих родителей, митохондриальная ДНК передаётся только от матери. Теоретически эти две системы должны наследоваться независимо. Однако исследователи показали, что определённые ядерные генетические фоны ассоциированы с определёнными митохондриальными фонами, особенно в Шотландии, Уэльсе и Нортумбрии.

Это говорит о том, что наши ядерный и митохондриальный геномы эволюционировали и продолжают эволюционировать side-by-side, взаимодействуя друг с другом. Причина — необходимость совместимости. АТФ производится respiratory chain внутри митохондрий, состоящей из более чем 100 белков. 13 из них кодируются митохондриальной ДНК, остальные — ядерной. Эти белки должны физически сцепляться, как части пазла.

Если митохондриальная ДНК от матери несовместима с ядерной ДНК от отца, «пазл» не сложится правильно, что повлияет на выработку энергии. Это может subtle влиять на здоровье. Эволюционно несовместимые комбинации отсеиваются, а совместимые — становятся более распространёнными.

Последствия для терапии

Это открытие имеет значение для митохондриальной заместительной терапии — новой техники, позволяющей заменить дефектные митохондрии матери на донорские, чтобы предотвратить митохондриальное заболевание у ребёнка.

Результаты показывают, что митохондриальная ДНК в определённой степени должна быть совместима с ядерной ДНК реципиента. К счастью, эта возможность уже учтена в подходе команды из Ньюкасла, пионера данной терапии.