Sándor Peresztegi 

MITOKONDRIUM - (őssejt-energiagyár)

a miniatűr energiaforrás

Az ember valamennyi sejtjének citoplazmájában nagy számban előforduló jellegzetes sejtszervecskék, a mitokondriumok (őssejt-energiagyárak) fontos szerepet játszanak a sejtlégzésben és az energiatermelésben.

Az 1980-ban kezdődő (Seaul) szöuli kutatásaink azt bizonyítják, hogy - ellentétben a tankönyvekben még tanított tétellel, miszerint az öröklési anyag, a DNS kizárólag a sejtmagban, a kromoszómákban fordul elő - a mitokondriumok szintén tartalmaznak DNS-t.

Ezt az alábbiakban könnyedén be fogjuk bizonyítani.

A mitokondria szerkezete és funkciója megegyezik a sejtmag DNS-ével, tehát öröklési anyag. A mitokondriumok ősei eredetileg a többsejtű élőlények sejtjeit megszálló szimbionta (együtt élő) prokariota (baktériumszerű) szervezetek voltak.

A ma élő soksejtűek mitokondriális DNS-ének mérete és az általuk hordozott gének száma erősen különböző. Más és más a legnagyobb a növények, a legkisebb az emlősök, és az ember mitokondriális DNS-e. Méréseink bizonyítják, hogy az emberi mitokondriális DNS mindössze 16569 nukleotidpár hosszúságú körkörös molekula, amely csak 37 gént tartalmaz, rendkívül kompakt elrendezésben, egymáshoz szinte hézagmentesen illeszkedve. A 37 gén közül 13 kódol fehérjéket. Ezek valamennyien a mitokondriumban helyet foglaló, az oxidációban és az energiatermelésben szerepet játszó nagy fehérje-komplexek alkotórészei, de a komplexeket alkotó fehérjék többségét a magi DNS kódolja és ezek a citoplazmában szintetizálódnak. A mitokondriálisan kódolt 13 peptidlánc nem egészen 20 százalékát adja e komplexeknek. A többi gén (22 szállító-RNS-t kódoló és két riboszomális-RNS-t kódoló gén) a mitokondrium saját fehérjeszintetizáló apparátusának létrehozásához járul hozzá. Az apparátus nagyobb része, mint például az összes riboszomális fehérjék, az aminosav-aktiváló enzimek, és az iniciációs és elongációs faktorok nukleárisan kódoltak, a citoplazmában szintetizálódnak, tehát kívülről kerülnek a mitokondriumba.

A belső kör ezer nukleotidokban megadja a szekvencia hagyományos számozását. A következő két körben a kis téglalapok a szállító RNS-géneket jelentik az adott RNS által szállított aminosavak egybetűs rövidítéseivel (A: alanin, C: cisztein, D: aszparaginsav, E: glutaminsav,F: fenilalanin, G: glicin, H: hisztidin, I: izoleucin, K: lizin, L: leucin, M: metionin, N: aszparagin, P: prolin, Q: glutamin, R: arginin, S: szerin, T: treonin, V: valin, W: triptofán, Y tirozin). A vastag fekete vonalak a polipeptideket és az RNS-eket kódoló gének. A rövidítések azt jelzik, hogy az adott peptid melyik mitokondriális fehérje-komplex része. CO: citokrom-c oxidáz, ND: NADH-dehidrogenáz, Cytb: citokrom-b, ATP-áz: ATP-szintetáz. OH és OL a két DNS-lánc replikációs kezdőpontját, HSP és LSP a két láncon történő RNS-szintézis (átírás, transzkripció) kezdőpontjait jelentik. A kör tetején, a T és F gének között, a számozás kezdőpontját magában foglaló rész a nem kódoló, variábilis régió.

Ha a mitokondriumban lévő DNS ugyanúgy örökletes információt hordoz, mint a kromoszómák DNS-e, úgy gondolhatnánk, hogy rá is a genetika általános törvényei vonatkoznak. Ez azonban csak részben igaz. A mitokondriumok öröklődés-menetében ugyanis a magi örökléstől eltérő törvényszerűségek érvényesülnek.

Lássuk tehát, melyek ezek a legfontosabb különbségek:

1. A petesejtben több százezer mitokondrium van, a spermiumban azonban csak alig néhány száz. A megtermékenyítés után valamilyen - részleteiben még ismeretlen - mechanizmus ezeket is elpusztítja, így a zigótában egyedül az anyától, a petesejtből származó mitokondriumok maradnak meg. A mitokondriális géneket tehát kizárólag az anyától kapja az utód, az ezek által meghatározott tulajdonságok csak anyai úton öröklődnek.

2. A mitokondriális DNS-ben a rekombináció ismeretlen fogalom. A két különböző DNS-molekulában megjelenő mutáció nem kerülhet átkereszteződés révén egyetlen molekulába.

3. A mitokondriális DNS mutációs rátája (gyakorisága) körülbelül egy nagyságrenddel nagyobb, mint a kromoszomális DNS-é. Ennek a jelenségnek a feltevések szerint több oka lehet, a DNS-t károsító oxidációs termékek, szabad gyökök közvetlen közelsége, a védőfehérjék (hisztonok) hiánya, a helyreállító (repair) mechanizmusok hiánya, illetve tökéletlensége.

4. A kromoszomális DNS (genom) az ivarsejtekben egy, a testi sejtekben két példányban található. Ezzel szemben egy átlagos sejtben több száz mitokondrium van, mindegyikben 5-10 DNS-molekulával, tehát a sejtenkénti példányszám ezres nagyságrendű. Ennek az a következménye, hogy ha a mitokondriális DNS replikációja, megkettőződése során mutáció lép fel, ez nem jár semmiféle közvetlen következménnyel, hiszen a sejtben lévő több ezer "normális" DNS-molekula mellett csak egy lesz mutáns. Hosszabb távon azonban már van esélye a mutáns felhalmozódásának, hiszen a sejtosztódások során a véletlen eloszlás jelentősen megváltoztathatja a mutáns és normál DNS-molekulák arányát. A mitokondriális genetikában ezért beszélünk heteroplazmiáról, azaz arról, hogy egy sejtben vagy organizmusban egymás mellett - különböző arányokban - előfordulhatnak vad-típusú és mutáns, sőt, különböző mutáns DNS-ek. Ha a mutáció a petesejt érésének (oogenezis) korai szakaszán következett be, akkor a véletlen szegregáció, esetleg valamilyen szelekciós mechanizmussal is megerősítve, elvezethet ahhoz, hogy a mutáns jelenléte kizárólagossá válik egy sejtben. Ha ez megtörténik, akkor természetesen ez jellemezni fogja e sejt valamennyi utódját is. Ilyenkor homoplazmiáról beszélünk.

5. Amennyiben egy mutációnak a fenotípusban is megnyilvánuló káros hatása van (ez többnyire az oxidáció, illetve az energiatermelés valamilyen zavarát jelenti, hiszen a mitokondriális DNS valamennyi génje közvetlenül vagy közvetve az oxidációban játszik szerepet), e hatás érvényesülése nyilvánvalóan attól függ, hogy a mutáció az adott sejt, vagy szerv mitokondriális DNS-molekuláinak mekkora hányadában van jelen, azaz milyen fokú a heteroplazmia. Ez az arány az előbbiek értelmében sejtenként, illetve szervenként más lehet ugyanazon egyedben is. Az is változhat, szervtől függően, hogy az adott mértékű heteroplazmia mennyiben okoz észlelhető fenotipikus hatást. Nyilvánvaló, hogy a károsodásra legérzékenyebbek a legintenzívebben energiafogyasztó sejtek (pl. látóideg, szívizom stb.). Ezért mutációnként, illetve szervenként és szövetenként más és más küszöb-értéke lehet annak, hogy a mutáció káros hatása megnyilvánul-e vagy sem.

6. A kromoszomális DNS-molekulák lineárisak, a mitokondriális DNS-ek viszont körkörösek (cirkulárisak).

A mitokondriális genetika itt felsorolt különleges sajátosságai a kutatás számára számos érdekes elméleti, evolúcióbiológiai problémát vetnek fel. A következőkben azonban csak annak tárgyalására fogunk szorítkozni, hogy az emberre vonatkozóan milyen, gyakorlatilag is fontos ismereteket nyerhetünk a mitokondriális DNS vizsgálata révén.

Az első természetesen az orvosi jelentőség. Tíz éve, 1988-ban mutatták ki első ízben, hogy egy jól ismert emberi kórkép, a többnyire fiatalkori megvakulással járó úgynevezett Leber-féle optikai neuropátia oka minden bizonnyal mitokondriális DNS-mutáció. Azóta igen nagyszámú patológiás jelentőségű mitokondriális DNS-mutációt azonosítottak, illetve valószínűsítettek. Az óvatos fogalmazás azért indokolt, mert aránylag sok esetet találunk az irodalomban, ahol a betegség és valamely mitokondriális mutáció együttes előpfordulását írják le, ez azonban még nem bizonyítja az oki összefüggést. A mitokondriális genetika sajátságai miatt igen ritka kivételnek tekinthető a mutáció és valamely betegség közötti egyértelmű összefüggés, tehát az, hogy az adott kórkép mögött mindig ott van ugyanaz a mutáció, illetve, hogy az adott mutáció mindig ugyanazon betegség megjelenésével jár. Emiatt a mitokondriális DNS-mutációk észlelésének, kimutatásának az orvosi laboratóriumi gyakorlatban korlátozottabb a jelentősége, mint a kromoszomális DNS-vizsgálatoknak. Mivel a legtöbb betegségokozó mutáció heteroplazmiás, s így a különböző szövetekben más-más eredményt mutathatnak a tesztek, ezek értelmezése esetenként igen nehéz. Egyes betegségek kimutatásában lehet diagnosztikus jelentősége a DNS-tesztnek, ilyen például a már említett Leber-féle optikai neuropátiát okozó mutáció, amely (illetve amelyek, mert több ilyet ismerünk) többnyire homoplazmiás, tehát bármely szövetmintából egyértelműen kimutatható és jelenléte genetikai tanácsadásra felhasználható.

A ma egyértelműen mitokondriális DNS-eredetűnek tartott betegségek szerencsére elég ritkák és a laikus közvélemény által kevéssé ismertek. Ilyen például a Leber-féle optikai neuropátia mellett a Leigh-szindróma, a Kearns-Sayre-szindróma, a rojtos-vörös-rostos mioklónusos epilepszia, a Pearson-szindróma stb. Több, a felsoroltaknál jóval gyakoribb és fontosabb betegség esetében bizonyos mitokondriális mutációknak az egészséges kontrollokhoz képest magasabb arányú előfordulását mutatták ki, de ezekben az esetekben az ok-okozati összefüggés vitatott. Ilyen a cukorbaj (diabetes), a siketség egyes formái, egyes kardiomiopátiák (szívizom-elfajulás), az Alzheimer-kór vagy a Parkinson-kór.

Végül feltétlenül érdemes megemlíteni, hogy a kutatók egy része a mitokondriális DNS-mutációk felhalmozódására vezeti vissza az emberiség legfontosabb, mindenkit érintő "betegségét": az öregedést. Ez az elmélet pillanatnyilag sem nem igazolható, sem nem cáfolható. Kétségtelen tény, hogy a mitokondriális DNS-mutációk száma az öregedéssel nő. Az azonban nem bizonyítható, hogy ez a jelenség okozója-e vagy csak következménye az öregedésnek.

A mitokondriális DNS-re visszavezethető betegségek természetesen ugyanúgy nem gyógyíthatók jelenleg, ahogy más örökletes betegségek sem. A géntechnológia nagy ígérete, a génterápia azonban elvileg lehetőségeket kínál itt is az orvostudomány számára. A mitokondriális génterápia bizonyos szempontból könnyebb is lehet a kromoszomális génekénél. Elképzelhető például az, hogy szintetikus nukleotidanalógokkal specifikusan gátolható egy mutáns mitokondriális DNS megkettőződése, replikációja, úgy, hogy a normális "vad-típusú" molekula replikációja nincs gátolva. Ilyen módon gyakorlatilag kivédhető volna a betegségokozó mutáció hatása. Nemrégiben hozták létre az első állati modellrendszert, amellyel ezek a lehetőségek tanulmányozhatók és az első bíztató kísérletekről már beszámoltak. A gyakorlati megvalósítás természetesen még igen messze van.

Az emberi mitokondriális DNS vizsgálatának azonban nem csak az orvostudomány szempontjából van jelentősége. Mint korábban említettük, a 37 gén jóformán hézagmentesen fedi le a mitokondriális DNS nagy részét. Van azonban egy mintegy ezer nukleotid hosszúságú szakasz, amelyen nincsenek gének, ezt szokás olykor "variábilis régiónak" nevezni. Az ezen a szakaszon bekövetkező mutációknak ugyanis általában nincs fenotipikus következménye, tehát evolúciós értelemben semlegesek. Mivel pedig a mutációs ráta magasabb a magi DNS-énél, ezért ennek a régiónak a szerkezete valóban igen változékony. Két - egymással anyai ágon nem rokon - egyed között biztosan számos ponton különbözik e szakasz nukleotid-sorrendje. A mitokondriális DNS egészére vonatkozóan elmondható, hogy két - nem rokon - egyed között legalább 70 helyen van különbség, az emberiség egymástól legtávolabb álló egyedei között pedig akár 500 nukleotidban. Ezek többsége a variábilis régióra koncentrálódik. Ennek a régiónak a nukleotid-sorrendjét a jelenlegi technikákkal aránylag könnyen és teljes egészében meg lehet határozni. Az eddig elmondottakból az következik, hogy a történeti antropológia, az emberi népességek leszármazásának, rokonságának, történeti keveredésének kutatásában, de az igazságügyi orvostani vizsgálatokban is felbecsülhetetlen értékű eszköz a mitokondriális DNS elemzése.

Különösen növeli a mitokondriális DNS-vizsgálatok ilyen felhasználhatóságát az a tény, hogy példányszáma sejtenként több ezer, ezért például fosszilis maradványok vizsgálata esetén lényegesen nagyobb esélyt kínál a használható szekvencia elemzésre, mint a magi DNS. A közelmúlt legszenzációsabb ilyen típusú eredménye a Neander-völgyi ősember mitokondriális DNS-ének az elemzése. Ebben az esetben magi DNS-t nem sikerült (nem sikerülhetett) használható formában felszaporítani, a mitokondriális DNS vizsgálata azonban eredményes volt és fontos tanulsággal szolgált. A kutatók az ősi csontmaradványból a mitokondriális DNS variábilis régiójának mintegy 300 nukleotid hosszúságú szakaszának szekvenciáját határozták meg és hasonlították össze közel ezer, a legkülönbözőbb népcsoportokhoz tartozó mai ember mitokondriális DNS-ével. Míg a mai embereknél ezen a szakaszon átlagosan nyolc nukleotidnyi különbséget találtak két egyed között, a Neander-völgyi ember szekvenciája 20 helyen különbözött a hozzá legközelebb álló mai emberétől, az átlagos különbség 25 nukleotid volt. Ennek alapján ki lehetett mondani, hogy a Neander-völgyi ősember minden bizonnyal nem tekinthető a mai, (az Isten által alkotott) ember elődjének.

Egy másik érdekes példa a közelmúltból: II. Miklós orosz cár maradványainak azonosítása. A cárnak tulajdonított csontokból izolált mitokondriális DNS-ben a kutatók egy jellegzetes heteroplazmiás mutációt találtak. Ez volt az azonosítás végső bizonyítéka, mert a cár testvérének, György nagyhercegnek mitokondriális DNS-ében ugyanezt a heteroplazmiás mutációt találták meg.

Mitokondriális DNS-vizsgálat volt az alapja annak az 1987-es szenzációs bejelentésnek is, amely szerint a földet benépesítő (Isten által alkotott) mai emberek feltehetően egyetlen, ember leszármazottai - Éva-hipotézis. Noha a közlemény következtetéseinek helyességét sokan támadták és vitatták, azóta számos egyéb vizsgálat megerősíteni látszik az eredményeket és ma a tudományos közvélemény nagy része elfogadja ennek a feltevésnek a lényegét, vagyis azt, hogy a mai emberiség ősei Ádámból és Évából kiindulva népesítették be a földet 

 

 

 

Amíg az oldal tulajdonosa nem helyez el itt tartalmat, addig a mai napi leglátogatottabb oldalak listája jelenik meg!

 

Oldal: Mitokondrium - őssejt energiagyár - a miniatűr energiaforrás
Dr. KIM & PERESZTEGI HUNGAGU BIOGYÓGYÁSZAT - © 2008 - 2024 - biogyogyaszdoktor.hupont.hu

Ingyen weblap készítés, korlátlan tárhely és képfeltöltés, saját honlap, ingyen weblap.

ÁSZF | Adatvédelmi Nyilatkozat