Science Advances: Мужская ДНК потомству не требуется

Один из основных принципов биологии заключается в том, что мы получаем свою ДНК от мамы и папы. 

Однако учёные были озадачены важным исключением: многие животные, включая человека, наследуют митохондриальную ДНК только от матери. Геном отца уничтожается при слиянии сперматозоида с яйцеклеткой.

Исследование, проведённое Университетом Колорадо в Боулдере и опубликованное в журнале Science Advances, объясняет причину этого явления. Учёные выяснили, что если отцовские митохондрии всё же проникают в эмбрион, это может вызвать проблемы со здоровьем у взрослых, такие как неврологические, поведенческие и репродуктивные нарушения.

Исследование на круглых червях дало новые сведения о причинах митохондриальных нарушений, которые мешают организму вырабатывать энергию. Эти заболевания поражают примерно одного из 5 000 человек.

В исследовании также предложен новый подход к профилактике или лечению этих заболеваний — витамин K2.

Результаты исследования помогают понять, почему отцовские митохондрии должны быстро удаляться во время раннего развития. Они дают надежду на лечение заболеваний человека, вызванных нарушением этого процесса.

Когда разряжаются клеточные батарейки

Митохондрии часто называют клеточными батарейками, они производят энергию в виде аденозинтрифосфата (АТФ), которая обеспечивает работу клетки.

Митохондрии имеют свою ДНК, которая передаётся от матери.

В 2016 году Динг Сюэ, профессор кафедры молекулярной, клеточной биологии и биологии развития, опубликовал исследование о том, как уничтожаются отцовские митохондрии. Этот процесс самоуничтожения называется «элиминация отцовских митохондрий (PME)». Он наблюдается у червей, грызунов и людей.

Это может быть унизительно для мужчин, но это правда, — шутит старший автор Сюэ.

Наша ДНК настолько нежелательна, что эволюция разработала механизмы для её очистки во время размножения.

Некоторые считают, что после борьбы за проникновение в яйцеклетку митохондрии сперматозоидов повреждаются и могут навредить будущим поколениям.

Учёные во главе с Сюэ решили выяснить, что происходит, когда отцовские митохондрии не самоуничтожаются. Для этого они изучили C. elegans — полупрозрачного червя с 1000 клеток, но с нервной системой, кишечником, мышцами и другими тканями, похожими на человеческие.

Исследователям не удалось полностью остановить процесс самоуничтожения митохондрий у червей, но они смогли задержать его примерно на 10 часов. Это привело к снижению уровня АТФ у выживших червей. У них также наблюдались проблемы с размножением и изменения в поведении.

Исследователи обнаружили, что витамин K2 в форме MK-4 (добавка для здоровья костей) помогает восстановить нормальный уровень АТФ у эмбрионов червей и улучшает память, активность и размножение взрослых особей.

Надежда для малоизученных болезней

Авторы отмечают, что есть всего несколько задокументированных случаев, когда у взрослых людей обнаруживали отцовскую митохондриальную ДНК.

В одной из работ описывается 28-летний мужчина со слабым здоровьем: он плохо переносил физические нагрузки и имел проблемы с дыханием. В другой — речь идёт о 17 членах трёх неродственных семей, которые страдали от усталости, мышечных болей, задержки речи и неврологических симптомов.

Сюэ предполагает, что в некоторых случаях причиной трудно диагностируемых заболеваний человека может быть простая задержка в процессе элиминации отцовских митохондрий, как это происходит у червей.

Если у вас проблемы с АТФ, это может повлиять на все стадии жизненного цикла человека, — говорит он.

Сюэ предполагает, что семьи с митохондриальными нарушениями будут принимать витамин K2 перед родами в качестве меры предосторожности. Исследования в лаборатории могут помочь найти новые способы диагностики и лечения таких расстройств.

Это исследование даёт подсказки для понимания заболеваний, которые плохо изучены, — заключает Сюэ.

09.10.2024