Мутации в митохондриальной ДНК (мтДНК). Митохондриальные болезни
Первые патогенные мутации в митохондриальной ДНК (мтДНК) обнаружены в начале 1990-х годов. Неожиданным и до сих пор необъяснимым оказалось то, что геном митохондриальной ДНК (мтДНК) мутирует с частотой в 10 раз больше, чем ядерной ДНК. Спектр клинических проявлений, вызванных мутациями мтДНК, разнообразен, хотя преобладает нервно-мышечная патология.
В митохондриальной ДНК (мтДНК) обнаружено более 100 различных перестроек и около 100 разных точковых мутаций, вызывающих заболевания. Распространенность мутаций митохондриальной ДНК (мтДНК), в по крайней мере в одной европейской популяции, приблизительно 1 на 8000. В мтДНК обнаружены три типа мутаций:
(1) миссенс-мутации в кодирующих регионах генов, изменяющие активность белков окислительного фосфорилирования;
(2) точковые мутации в тРНК или генах рРНК, нарушающие белковый синтез в митохондриях; и
(3) перестройки, вызывающие делеции или дупликации молекулы мтДНК.
Связанные с болезнью делеции в митохондриальной ДНК (мтДНК) обычно сначала появляются как соматические мутации, хотя небольшая их часть наследуется при некоторых болезнях.
Гетероплазмия вызывает три других характеристики генетических нарушений митохондриальной ДНК (мтДНК), важные для их патогенеза. Во-первых, риск передачи потомству делетированных молекул митохондриальной ДНК (мтДНК), частого класса мутаций мтДНК, низкий; механизм обсуждается позже.
В отличие от этого, женщины-носители гетероплазматической митохондриальной ДНК (мтДНК) с точковыми мутациями или дупликациями обычно передают некоторое количество мутантной митохондриальной ДНК (мтДНК) потомству. Во-вторых, число молекул мтДНК в пределах каждого овоцита сначала уменьшается, а затем резко увеличивается до огромных количеств, наблюдаемых в зрелых овоцитах. Это уменьшение и последующее увеличение мтДНК в овогенезе образует генетическое «бутылочное горлышко».
Следовательно, изменчивость в части мутантных молекул митохондриальной ДНК (мтДНК), наблюдаемая в потомстве матери, несущей мутацию митохондриальной ДНК (мтДНК), возникает, по крайней мере частично, вследствие увеличения в течение овогенеза только небольшого подмножества митохондриальной ДНК (мтДНК).
В-третьих, несмотря на изменчивость степени гетероплазмии, возникающей из-за «бутылочного горлышка», мать с высоким содержанием мутантных молекул митохондриальной ДНК (мтДНК) имеет большую вероятность родить клинически больного ребенка, чем мать с более низким содержанием, что следует из случайного разделения молекул митохондриальной ДНК (мтДНК).
Тем не менее даже женщины, несущие очень малое количество патогенных молекул митохондриальной ДНК (мтДНК), имеют определенный риск родить больного ребенка, поскольку «бутылочное горлышко» может случайно привести к выделению и последующему клональному накоплению даже редкого вида мутантной мтДНК.
Делеции митохондриальной ДНК (мтДНК) и патология
В отличие от материнского наследования большинства болезней митохондриальной ДНК (мтДНК), большинство случаев синдрома Кирнса-Сейра и синдрома Пирсона — следствие спорадических соматических мутаций; только около 5% случаев вызвано передачей делеции матерью. Причина низкой частоты передачи неизвестна, но это может просто отражать то, что женщины с высокой долей делетированных молекул митохондриальной ДНК (мтДНК) в половых клетках имеют выраженный фенотип (синдром Кирнса-Сейра) и редко участвуют в воспроизводстве.
Значение делеции митохондриальной ДНК (мтДНК) как причины болезней недавно было подчеркнуто открытием, что соматические делеции митохондриальной ДНК (мтДНК) часто встречаются в допаминергических нейронах черного вещества среднего мозга (substantia nigra), как у здоровых стареющих людей, так и, возможно, более часто, у лиц с болезнью Паркинсона. Делеции, происходящие в отдельных нейронах стареющих здоровых лиц и при болезни Паркинсона, оказались уникальными для каждого нейрона.
Это указывает, что увеличение разных делеции митохондриальной ДНК (мтДНК) происходило в каждой клетке. Значит, соматические делеции митохондриальной ДНК (мтДНК) — важная причина гибели допаминергических нейронов в стареющем черном веществе. Эти данные увеличивают возможность того, что частая спорадическая форма болезни Паркинсона может быть вызвана накоплением делетированных молекул митохондриальной ДНК (мтДНК) в черном веществе и, следовательно, ухудшением окислительного фосфорилирования. В настоящее время механизмы, ведущие к делециям и клональному накоплению, до конца не поняты.
