Митохондрии и митохондриальные болезни: краткие сведения
В 1972 г. Ольсон с соавт. с помощью модифицированной трехцветной окраски обнаружили в поперечнополосатых мышцах волокна с аномально большим количеством митохондрий. Они предложили новый термин - " рваные мышечные волокна ". При электронной микроскопии видно, что митохондрии в таких волокнах увеличены , часто имеют необычную форму и содержат кристаллические включения . Со времени этих исследований представления о митохондриальных миопатиях и наследственных митохондриальных болезнях вообще существенно расширились.
Митохондриям принадлежит ведущая роль в образовании энергии. В результате окисления углеводов, жиров и белков образуются восстановительные эквиваленты (электроны и атомы водорода), которые переносятся по дыхательной цепи. Высвобождающаяся при этом энергия переходит в энергию электрохимического градиента для протонов на внутренней мембране митохондрий, а та, в свою очередь, используется для синтеза АТФ . Этот процесс называется окислительным фосфорилированием .
Генетические особенности митохондрий необычны. Каждая митохондрия обладает набором генов, отличающимся от ядерных. Митохондриальная ДНК человека представляет собой двухцепочечную кольцевую молекулу, содержащую 16569 пар оснований. Она кодирует 22 молекулы тРНК, 2 - рРНК и 13 полипептидов ферментов дыхательной цепи. Столь же своеобразно наследуются и митохондриальные болезни. Митохондриальная ДНК передается с цитоплазмой гамет, причем почти исключительно яйцеклеток , поскольку сперматозоиды практически не содержат митохондрий. Поэтому митохондриальные гены - и митохондриальные болезни - наследуются исключительно по материнской линии.
Многие мутации нарушают функции митохондрий.
Митохондриальный геном состоит из кольцевой ДНК размером 16600 нуклеотидов, которая кодирует рРНК и тРНК, участвующие в митохондриальной системе трансляции, и некоторые белки, необходимые для окислительного фосфорилирования. Многие митохондриальные белки кодируются генами ядерного генома, синтезируются в цитоплазме и затем транспортируются в митохондрии. Поэтому мутации, нарушающие функции митохондрий, могут происходить как в митохондриальном, так и в ядерном геномах.
Мутации в ядерном геноме наследуются так же, как и другие ядерные гены, а наследование мутаций в митохондриальном геноме носит иной характер.
Число митохондрий в клетке непостоянно, как и количество митохондриальных геномов в митохондрии (обычно от 2 до 10), так что каждая клетка содержит тысячи копий митохондриальной ДНК. Эта ДНК передается через яйцеклетку в количестве 200000-300000 копий и в незначительной степени через сперматозоиды . Это означает, что все люди наследуют митохондриальные геномы от матери.
Если митохондриальный ген несет патологическую мутацию, она обычно представлена только в части митохондриальных геномов в клетке. Эту гетерогенность митохондриальных геномов в клетке или в организме называют гетероплазмией .
Мутацию в митохондриальном геноме женщины унаследуют все ее дети, а мужчина с такой мутацией, наоборот, не передаст ее детям. Это приводит к типичному вертикальному наследованию , когда больная женщина передает заболевание большинству своих детей.
Соотношение митохондрий с мутантными и нормальными геномами у представителей одной семьи непостоянно, что приводит к фенотипической гетерогенности.
Мутации в митохондриальном геноме обусловливают: синдром Кирнса-Сейра , синдром Лебера ( наследственную атрофию зрительных нервов ), синдром MERRF ( Myoclonic Epilepsy with Ragged Red Fibres - миоклоническую эпилепсию с рваными мышечными волокнами ) и другие болезни (Scriver C. R. et al., 1995).
