Отцы и дети: конфликт на клеточном уровне
Генетический материал передается ребенку в равных количествах от отца и матери. Однако, есть нюанс: речь идет только о хромосомных молекулах ДНК, без учета других компонентов половых клеток. В журнале Science Advances опубликовано исследование о том, как отцовские митохондрии могут угрожать здоровью детей.
При оплодотворении материнская яйцеклетка сливается с отцовским сперматозоидом, в результате чего их генетические материалы объединяются и комбинируются. ДНК — молекула, в которой хранится информация о каждом гене, унаследованная от предыдущих поколений. Она хранится в ядрах клеток в форме хромосом, а также в еще одном органоиде (компоненте клетке).
Митохондрии — органоид, которые насыщают ядерные клетки энергией (за это отвечает выработка молекул АТФ — аденозинтрифосфорной кислоты). Они самостоятельны: содержат собственные молекулы ДНК и могут синтезировать белки почти независимо от остальных процессов. Логично предположить, что родительские органоиды наследуются в равных количествах, но на практике это не так.
При оплодотворении в отцовских клетках активируется механизм самоуничтожения митохондрий, связанный с ферментом, который целенаправленно расщепляет их ДНК. В итоге митохондриальный геном наследуется исключительно по материнской линии.
Ученые из Колорадского университета смоделировали процесс, в котором отцовские митохондрии будут сохранены, и провели эксперименты с зародышами круглого червя Caenorhabditis elegans. В итоге была снижена активность фермента, расщепляющего целевую молекулу ДНК. Однако это не сработало полностью: митохондрии сохранялись в эмбрионах длительное время, но после уничтожались другими клеточными механизмами.
Исследование показало, что у экспериментально полученных зародышей понизился уровень АТФ, дефицит которой сказывался на жизнедеятельности клетки. В результате эмбрионы чаще погибали, а у выживших червей выявлялись проблемы с поведением, половым размножением, а также аномалии, отличающие их от обычных особей. Все последствия пропадали при лечении испытуемых разновидностью витамина К2: он действует как митохондриальный переносчик электронов, повышая эффективность производства АТФ, что ведет к восстановлению работы клеток и всего организма. Этот факт подтверждает, что клеткам нужно уничтожать отцовские митохондрии на ранней стадии развития эмбриона, а также дает возможность в будущем лечить заболевания человека, связанные с этим нарушением.
Фото: unsplash.com
