Mitochondrialny DNA Paula Gawryszewska

1
Mitochondrialny DNA Paula Gawryszewska
2
(No Transcript)
3
(No Transcript)
4
Badanie mtDNA
Biotechniques 1995
5
http//www.cstl.nist.gov/biotech/strbase/pub_pres/
/ValloneASHGposter2002.pdf
6
Podstawowe informacje o mtDNA

• wystepuje w komórce w setkach-tysiacach kopii ( w
  mitochondrium do 10 kopii)
• wysoki polimorfizm
• znacznie wyzsze tempo mutacji niz DNA jadrowy
• 99,9 dziedziczony po matce
• malo systemów naprawczych mtDNA
• brak histonów
• obecnosci duzej ilosci wolnych rodników
• choroby
• rózne formy i rozmiary
• rózna zlozonosc mtDNA
• wzgledna stalosc
• model do badania przodków

Science, 1999
7
Zwierzecy a roslinny mtDNA
Alberts, 2002
8
Róznice w kodonach mtDNA
9
Porównanie zawartosci genomów mitochondrialnych
Mitochondrial function and biogenesis, 2004
10

• oddychanie/fosforylacja
• oksydacyjna

- rRNA i tRNA
- bialka rybosomalne

• dojrzewanie RNA,
• Import bialek
• transkrypcja

Mitochondrial function and biogenesis, 2004
11
5 genów wystepujacych we wszystkich
mitochondrialnych genomach
Science, 1999
12
(No Transcript)
13
Zwierzeta

• Male koliste genomy o wielkosci od 14 kb (C.
  elegans) do 42 kb (Plactopen magellanicus),
  zawartosc informacyjna jest bardzo zblizona,
  zwykle jest to 16kb.
• 37 genów (13 genów kodujacych bialka lancucha
  oddechowego, 22 tRNA, 2 rRNA)
• Nie stwierdzono intronów, a sekwencje
  miedzygenowe sa zasadniczo bardzo krótkie.
• Bardzo silnie upakowany
• Ewolucja doprowadzila do maksymalnej redukcji
  rozmiaru, przy pozostawieniu niezbednych
  sekwencji kodujacych.
• Brak rekombinacji

14
cd. zwierzeta

• Szybkie tempo mutacji
• Kod genetyczny rózni sie od standardowego
• Uproszczony mechanizm transkrypcji - z jednego
  dwukierunkowego promotora powstaja dwa glówne
  transkrypty, które nastepnie podlegaja zlozonej i
  slabo poznanej obróbce posttranskrypcyjnej,
  stanowiacej zapewne glówny poziom regulacyjny

15
mtDNA ludzkie
12S rRNA
16S rRNA
Frontiers in Bioscience,2009
16
Petla D w ludzkim mtDNA
Cell Press, 2009
17
Petla D w procesie transkrypcji .
Hans-Jürgen Bandelt, 2006
18
3 rodzaje replikacji
Cell Press, 2009
19
Ubytek mtDNA u zwierzat

• Redukcja liczby kopii mtDNA (wymagane czynniki
  jadrowe zaangazowane w replikacje oraz zapas
  dNTP)
• Redukcja liczby kopii mtDNA do mniejszej niz 30
  normalnej zawartosci mtDNA
• Staly zasób dNTP jest potrzebny do replikacji
  mtDNA
• Nukleotydy sa transportowane albo z cytozolu
  albo wynikaja z drogi mitochondrialnego odzysku.
• W nie replikujacych sie tkankach poziom
  cytozolowych deoksyrybonukleotydów jest niski i
  odzysk mitochondrialnego dNTP jest glównym
  zródlem nukleotydów.

20
fosforylacji przez kinazy difosfonukleotydowe
NDPK
Biochemica Et Biophysica Acta, 2009
21
Mutacje w genach jadrowych
odpowiedzialnie za ubytek mtDNA
Biochmica et Biophysica Acta, 2009
22
Model generacji delecji mtDNA podczas naprawy DSB
Nature Genetics, 2008
23
Liczba sekwencji powtórzonych
Nature Genetics, 2008
24
Sporadyczne delecje mtDNA w oocycie
Nature Genetics, 2008
25
Jak zapobiec delecjom?

• Indukowane przez bledy w replikacji i niewiele
  mozna zrobic by temu zapobiec.
• Podywzenie antyoksyadnótw i zmiatacza ROS powinno
  zapobiec indukcji DSBs i równiez produkcji
  delecji mtDNA.
• Rozumienie mechanizmów zaangazowanych w naprawe
  mtDNA i identyfikacje kluczowych czynników
  zaangazowanych w delecje w tkankach czlowieka
  jest pierwszym krokiem.

26
Rosliny

• Najwieksze rozmiary
• Bardzo wysoka czestosc rekombinacji
• Zawiera liczne sekwencje powtórzone
• Dwukierunkowa wymiana genetyczna miedzy
  mitochondriami (i chloroplastami), a jadrem (u
  okrytonasiennych)
• Róznorodne zestawy kodowanych w mtDNA genów.

27
cd. rosliny

• Wystepowanie genu 5S rRNA (u pierwotniaka
  Reclinomonas americana)
• Geny mitochondrialne, niespotykane u innych
  Eukaryota odpowiedzialne sa u roslin za szereg
  nietypowych fenotypów, np. meska nieplodnosc,
  wrazliwosc na pewne toksyny grzybowe czy
  zaburzenia wybarwienia lisci.
• Uniwersalny kod genetyczny
• Redagowanie (editing)
• Wystepuja introny
• Trans-splicing

28
After Unseld et al. 1997
29
Journal of Experimental Botany, Vol. 61, No. 3,
pp. 657671, 2010
30
Dwie drogi powstawania mitotypów
Journal of Experimental Botany, 2010
31
(No Transcript)
32
The Neurological Institute of New York
33

• Punktowe mutacje
• MELAS - miopatia mitochondrialna, endefalopatia,
  kwasica mleczanowa, wystepowanie incydentów
  podobnych do
• Udarów. Mutacja 3243AgtG
• MERRF padaczka miokloniczna z wystepowaniem
  wlókien szmatowatych w miesniach. Mutacja
  8344AgtG
• NARP neurogenna miopaia z ataksja i
  zwyrodnieniem barwnikowym siatkówki
• Mutacja 8998TgtG
• LHON - dziedziczna neuropatia nerwu wzrokowego.
  Mutacja 11778AgtG

An Introduction to Genetic Analysis, 2000
34
Hipoteza teorii starzenia
35
Podsumowanie

• MtDNA zwierzat rózni sie od roslin.
• Istnieja co najmniej trzy rodzaje replikacji u
  zwierzat.
• MtDNA zwierzat charakteryzuje sie malym,
  okraglym, ale upakowanym genomem. D-loop,w którym
  zachodzi inicjacja replikacji i transkrypcji.
  Zawiera równiez regiony superzmienne (HV1, HV2 i
  HV3), które sluza do analiz kryminalistycznych.
  Dziedziczony wylacznie po matce.
• MtDNA roslin charakteryzuje sie m.in. duzymi
  rozmiarami, rekombinacja homologiczna, duza
  iloscia duzych i krótkich powtórzen,
  charakterystyczna stechiometria heteroplazmy
• Na spadek mtDNA wplywa ilosc dNTP. Mutacje w
  enzymach bioracych udzial w syntezie dNTP
  wplywaja na powstanie róznych chorób u ludzi (np.
  PEO, syndrom Alper-Huttenlocher)
• Delecje w mtDNA powstaja podczas naprawy DSB lub
  asynchronicznej replikacji. Powoduja powstanie
  wielu chorób (CPEO , Zespól Kearnsa i Sayre'a,
  MNGIE, Zespól szpikowo-trzustkowy Pearsona). Sa
  one nieodwracalne. Lokalizuja sie w regionie OH i
  OL.
• Badanie mtDNA pozwala min. na badanie sladów
  biologicznych oraz przodków.

36
Bibliografia