Ereditatea extranucleară

Nu tot ADN-ul unei celule eucariote se află în nucleu. Mitocondriile conțin propriul ADN, iar cloroplastele plantelor au și ele genom. Variantele din aceste organite pot influența funcția celulei și pot fi transmise diferit de genele aflate pe cromozomii nucleari. La oameni, mitocondriile unui embrion provin în mod obișnuit din ovocit; de aceea, multe variante mitocondriale se transmit pe linie maternă. Un tată cu o variantă mitocondrială nu o transmite de regulă copiilor prin spermatozoizi.

Transmiterea maternă nu înseamnă că numai fiicele sunt afectate: atât fiii, cât și fiicele pot primi mitocondrii de la mamă. Numărul și proporția mitocondriilor cu o variantă pot diferi între celule, influențând severitatea manifestărilor. La plante, moștenirea ADN-ului cloroplastic poate urma tipare specifice speciei. Pe un arbore genealogic, urmărește separat părintele care transmite organitul și copilul care poate manifesta efectul. Nu aplica automat raporturile mendeliene $3:1$ genelor din organite. Lecțiile Organizarea materialului genetic și Genomul uman localizează aceste molecule în celulă.

Heteroplasmia înseamnă coexistența mitocondriilor cu genomuri diferite în aceeași persoană sau celulă. Segregarea replicativă poate schimba proporția variantelor între țesuturi și generații, producând praguri de manifestare variabile. Majoritatea proteinelor mitocondriale sunt totuși codificate nuclear. Moștenirea organitelor diferă între specii; modelul matern uman nu trebuie generalizat tuturor plantelor.

Mitocondriile au propriul ADN și sunt transmise la om predominant pe linie maternă. Dacă o mamă are o variantă patogenă mitocondrială, atât fiicele, cât și fiii pot fi afectați, dar transmiterea ulterioară se face prin fiice. Proporția mitocondriilor cu variantă patogenă poate diferi între țesuturi și explică intensități diferite ale manifestărilor.

ADN-ul mitocondrial uman este circular, are 16 569 de perechi de baze și conține 37 de gene: 13 pentru proteine ale lanțului respirator, 22 pentru ARNt și 2 pentru ARNr. O celulă are sute sau mii de mitocondrii, deci sute sau mii de copii de ADN mitocondrial. În zigot, mitocondriile provin aproape exclusiv din ovocit, deoarece spermatozoidul le aduce în număr foarte mic, iar acestea sunt eliminate în embrion. Bolile mitocondriale includ neuropatia optică ereditară Leber (atrofia nervului optic și pierderea vederii centrale), sindromul MELAS și sindromul MERRF. Efectul de prag: simptomele apar când proporția mitocondriilor mutante depășește o valoare critică, de regulă între 60% și 90%, diferită în funcție de țesut; țesuturile cu consum mare de energie (creier, mușchi, retină) sunt afectate primele. Cloroplastele conțin un genom circular de aproximativ 120–160 mii de perechi de baze; la unele plante se transmit tot pe linie maternă.

Exemplu rezolvat 1: arborele genealogic al unei boli mitocondriale.

1. O femeie afectată are 3 copii (2 fiice și un fiu). Toți copiii pot moșteni mitocondrii cu mutația, deoarece citoplasma ovocitului vine de la mamă; unii pot fi afectați, alții nu, în funcție de proporția mitocondriilor mutante.
2. Fiica afectată va transmite mutația copiilor ei, indiferent de sexul lor.
3. Fiul afectat nu transmite mutația copiilor lui, deoarece mitocondriile paterne sunt eliminate în embrion.
4. Un bărbat afectat și o femeie sănătoasă au copii fără mutația mitocondrială. Aceasta este o transmitere diferită de cea mendeliană a genelor din nucleu.

Exemplu rezolvat 2: efectul de prag și heteroplasmia (valori de exercițiu). O mamă are 70% mitocondrii mutante în sânge și nu are simptome, iar pragul pentru țesutul ei este de 80%.

1. În timpul ovogenezei, numărul de copii de ADN mitocondrial din ovocit scade foarte mult (strangulare, bottleneck), apoi se multiplică din nou, deci proporția mutantelor poate diferi mult între ovocite: de exemplu 40% într-un ovocit și 90% într-altul.
2. Un copil format din primul ovocit (40%) nu va avea simptome; unul format din al doilea (90%) depășește pragul și poate dezvolta boala.
3. De aceea, frații pot avea manifestări diferite sau pot fi sănătoși, chiar dacă mama este aceeași.

Greșeli frecvente

• Greșit: ADN-ul mitocondrial matern poate afecta numai fiicele.
  Corect: Transmiterea maternă poate afecta și fii, deși ei nu transmit de regulă ADN-ul mitocondrial mai departe.
• Greșit: Toate proteinele mitocondriei sunt codificate de ADN-ul mitocondrial.
  Corect: Multe sunt codificate de gene nucleare.
• Greșit: Dacă un tată are o mutație mitocondrială, o transmite fiicelor, nu fiilor.
  Corect: Tatăl nu transmite ADN mitocondrial copiilor, deoarece mitocondriile din zigot provin din ovocit.

Înainte și după