İnsanlarda mitokondriyal DNA kalıtımında babanın da etkisi var mı?

Vücudun enerji üretim fabrikası mitokondri organeli genel olarak anasal kalıtım gösteriyor. Fakat son yapılan bir çalışmaya göre nadiren de olsa durumun tam olarak böyle gerçekleşmediği durumlar görülebilmektedir.

[BAA - Biyolojik Hareket ve Evrim/ Özge Şahin]

2018’in Kasım ayında Proceedings of the National Academy of Sciences dergisinde yayımlanan bir çalışmaya göre insanlarda nadir görülen bazı vakalarda babanın da mitokondriyal DNA (mtDNA) kalıtımında rolü olabileceği bulunmuştur.

Mitokondriyal DNA Kalıtımı Nasıl Gerçekleşmektedir?

Mitokondri, ökaryot hücrelerde (hücre çekirdeğine, zarla çevrili organellere ve karmaşık bir yapıya sahip hücre) bulunan ve hücresel faaliyetlerin gerçekleşebilmesi için enerji sağlayan bir birimdir. Hücrede çekirdek (ökaryot hücrelerde bulunan ve hücrenin kalıtım materyalini içerip temel fonksiyonlarının yönetildiği yapı) dışında kalıtım materyaline sahip yapılardan birisidir. Bu sebeple hücre çekirdeğinden bağımsız olarak kendi genetik materyalini kopyalayıp çoğaltabilmektedir.

Mitokondri organelinin sahip olduğu genetik materyal mitokondriyal DNA (mtDNA) olarak adlandırılmaktadır. mtDNA, halkasal küçük bir yapıya sahip olup bağımsız olarak kalıtım göstermektedir. Ayrıca bilim insanları tarafından insanlarda mtDNA’nın nesiller boyunca tek bir ebeveynden anasal kalıtım aktarıldığı bildirilmiştir. Anasal kalıtım (genetik materyalin anneden yavrulara aktarımıyla gerçekleşen kalıtım) göstermesinin sebebi olarak ise çeşitli etkenler ileri sürülmüştür. Bunlar arasında yumurta hücresinin döllenmeden sonra spermleri yabancı bir madde olarak algıladığı için ortadan kaldırması ve büyüklük bakımından sperm ile yumurta hücresi faklı olduğundan sperm hücresinin çok daha az mtDNA içermesi vardır. Ayrıca sperm hücresinin mtDNA’sının büyük bir kısmının kuyrukta (sperm hücresini oluşturan yapılardan biri) bulunması ve döllenme esnasında kuyruk kısmının yumurtanın dışında kalıyor olması da bir başka etkili faktör olarak yer almaktadır.

Bugüne kadar mtDNA’ya ait paternal babasal kalıtım alg ve bitkilerde gösterilmiştir; mayalarda ise her iki ebeveynin de görev aldığı mtDNA kalıtımı detaylı bir şekilde araştırılmıştır. Mayalarda yapılan bu çalışmaya benzer şekilde babasal mtDNA’nın, mtDNA kalıtımında esasen görev almayıp anormal durumlarda görülebildiği pek çok canlı türünde gösterilmiştir. İnsanlarda ise babasal mtDNA kalıtımının gerçekleşip gerçekleşmediği her zaman tartışmalı olarak kalmıştır.

Çalışma Sonuçları Neye İşaret Etmektedir?

Çalışmada birbirleriyle akrabalık ilişkisi olmayan ve birden fazla nesilden oluşan üç aile ele alınmıştır. Her bir ailede mitokondriyal hastalığa sahip olduğundan şüphelenilen bireyler (okla gösterilen) ve onların birkaç kuşak akrabaları bu hastalık bakımından incelenmiştir (Şekil 1).  

Analizler birden fazla laboratuvarda tekrarlanarak yeni teknolojiler sayesinde tüm mtDNA’nın dizilenmesi (DNA ya da protein molekülünü oluşturan en küçük yapı taşlarının dizisinin belirlenmesi) yoluyla gerçekleştirilmiştir. Dolayısıyla bu çalışmanın alanda yapılan diğer çalışmalardan önemli farkı bu noktadır. Çünkü çoğu çalışmada mtDNA’nın yalnızca patojenik kısmı dizilenmiş ve diğer bölgeleri göz ardı edilmiştir. Diğer bölgelerdeki farklılıklar tam olarak incelenmemiştir.

İncelemeler sonucunda aileler ile yapılan araştırmalarda bazı bireylerin yüksek miktarda, yüzde 24-76 aralığında, mtDNA heteroplazmi (normal ve mutant DNA’nın bir arada bulunma hali) içerdiği görülmüştür. Bu insanlarda bazı patojenik durumlarda her iki ebeveynin de yer alması mtDNA kalıtımına kanıt olarak sunulmuştur. Ayrıca ailelerdeki mtDNA kalıtımının her iki ebeveynin mtDNA’sının da sürece katıldığı otozomal dominant tipte (bir özelliğin döllere aktarımının her iki ebeveynden de dominant gen aracılığıyla olduğu kalıtım)gerçekleştiği bulunmuştur.

Çalışma sonuçları, insanlarda mtDNA’nın maternal kalıtımının geçerliliğini korumasına rağmen, bazı anormal vakalarda paternal mtDNA’nın da döllere aktarılabileceğini göstermesi bakımından önemlidir. İleride yapılacak başka araştırmalarla bu olağan dışı kalıtım modelinin moleküler mekanizması daha fazla aydınlatılabilir. Böylece mtDNA’nın kalıtımında meydana gelen hatalar sebebiyle ortaya çıkan pek çok mtDNA temelli hastalığa çözüm yolları bulunabilir.

Kaynaklar:

Mitochondrial DNA, Wikipedia. Erişim Adresi: https://en.wikipedia.org/wiki/Mitochondrial_DNA Erişim tarihi: 10.12.2018.

Luo, S. vd. (2018). Biparental inheritance of mitochondrial DNA in humans. Proceedings of the National Academy of Sciences, 115(51), 13039-13044.

Breton, S ve Stewart, D. T. (2015). Atypical mitochondrial inheritance patterns in eukaryotes. Genome, 58, 423–431.

Sherengul, W., Kondo, R. ve Matsuura, E. T. (2006). Analysis of paternal transmission of mitochondrial DNA in Drosophila. Genes & Genetic Systems, 81(6), 399–404.

Gyllensten, U., Wharton, D., Josefsson, A. ve Wilson, A. C. (1991). Paternal inheritance of mitochondrial DNA in mice. Nature, 352, 255–257.

Zhao, X. vd. (2004). Further evidence for paternal inheritance of mitochondrial DNA in the sheep (Ovis aries). Heredity, 93, 399–403.

Görsel: Wikipedia sayfasından düzenlenerek alınmıştır.