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6.13:

Genética Mitocondrial Animal

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Animal Mitochondrial Genetics

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Mitocôndrias produzem moléculas ATP ricas em energia e são as únicas organelas na célula animal a ter seu próprio sistema genético. A mitocôndria atual se pensa ter evoluído de uma bactéria aeróbia, que formou uma associação mutuamente benéfica, ou simbiótica com seu predador. Com o tempo, muitos genes desta bactéria foram transferidos para o DNA nuclear da célula hospedeira, e outros genes foram perdidos, deixando para atrás de um DNA mitocondrial pequeno, mas independente.Algumas células, como as células musculares, podem conter centenas de mitocôndrias. Enquanto outras, como glóbulos vermelhos, não contêm nenhum. Cada mitocôndria pode conter até a 10 cópias do DNA mitocondrial.O DNA mitocondrial é uma molécula circular fechada variando no comprimento de 14, 000 a 20, 000 pares da base nas células animais em comparação aos milhões da base pares presentes no DNA nuclear. Este DNA mitocondrial codifica somente um número pequeno de biomoléculas os RNA ribossomais 16S e 12S, até 25 RNAs da transferência, e 13 proteínas de cadeia respiratória. O DNA nuclear codifica as proteínas restantes necessárias para a função mitocondrial.Em média, 93%do DNA mitocondrial codifica proteínas, Ao contrário do DNA nuclear, onde apenas cerca de 1%são regiões codificadoras. Isto é parcialmente porque intrões, que possuem uma característica reguladora do DNA eucariótico, estão ausentes no DNA mitocondrial. Várias sequências do código genético são traduzidas de forma diferente, dependendo do tipo de DNA.Por exemplo, o codão UGA codifica triptofano no DNA mitocondrial. Enquanto é um codão de parada no DNA nuclear. O DNA mitocondrial tem uma taxa mais rápida da evolução do que a do DNA nuclear devido à taxa de mutação no DNA mitocondrial sendo maior do que a dobrado.Isto acontece porque o DNA mitocondrial não é protegido por histonas como o do DNA nuclear e é exposto a espécies de oxigénio reativo geradas durante as reações mitocondriais. Adicionalmente, tem também menos maquinaria eficiente do reparo do DNA. A transferência do DNA mitocondrial acontece sempre da mãe à prole.Isto é conhecido como herança materna. A herança materna ocorre porque, após a fertilização, as poucas mitocôndrias presentes no esperma estão degradadas. Enquanto as muitas mitocôndrias no óvulo permanecem presentes no embrião e são passados para todas as células na prole.

6.13:

Genética Mitocondrial Animal

Entre todos os organelos de uma célula animal, apenas as mitocôndrias têm os seus próprios genomas independentes. O DNA mitocondrial animal é uma molécula de cadeia dupla, circular fechada, com cerca de 20.000 pares de bases. O DNA mitocondrial é único, pois uma das suas duas cadeias, a cadeia pesada, ou H, é rica em guanina, enquanto que a cadeia complementar é rica em citosina e chamada de cadeia leve, ou L. Comparado ao DNA nuclear, o DNA mitocondrial tem uma percentagem muito baixa de regiões não codificantes e é marcado pela ausência completa de intrões. Além disso, seus genes estão muito pouco espaçados e alguns deles até têm regiões sobrepostas. O D-loop é a região não codificante de regulação mais importante do DNA mitocondrial, que também contém a origem de replicação para a cadeia H. O código genético mitocondrial difere do código do DNA nuclear em relação a alguns codões. Por exemplo, os codões UGA, AUA, e AGA/AGG codificam para codão de terminação, isoleucina e arginina, respectivamente, no DNA nuclear, enquanto que os mesmos códigos codificam para triptofano, metionina e codão de terminação, respectivamente, no DNA mitocondrial animal. 

A replicação do DNA nuclear é coordenada com o ciclo celular e deve ser concluída antes de ocorrer a divisão celular. Outra característica do genoma mitocondrial é a sua replicação de DNA relaxada, onde ao contrário do DNA nuclear, a replicação é independente do ciclo celular e pode continuar nas células filhas mesmo após a divisão celular.

Herança Materna

Em mamíferos, o DNA mitocondrial é herdado apenas do oócito da mãe, uma vez que as mitocôndrias presentes no esperma são seletivamente degradadas por uma via mediada pela ubiquitina no zigoto.  Mutações em genes mitocondriais podem resultar em doenças como a neuropatia óptica hereditária de Leber ou a síndrome de Leigh; portanto,  se a mãe transportar tais mutações, a sua descendência pode herdar estas doenças. Recentemente, novas terapias, como a substituição mitocondrial, podem permitir o nascimento de uma criança não afectada de uma mãe afectada.   O núcleo do oócito da mãe é transferido para um oócito enucleado de um dador saudável com mitocôndrias normais antes da fertilização. Esta técnica levou ao nascimento do chamado “bebé com três pais,” que não herdou a doença mitocondrial da mãe.

Suggested Reading

  1. Chinnery, Patrick Francis, and Gavin Hudson. "Mitochondrial genetics." British Medical Bulletin 106, no. 1 (2013): 135-159.  
  2. DiMauro, Salvatore, and Guido Davidzon. "Mitochondrial DNA and disease." Annals of Medicine 37, no. 3 (2005): 222-232.
  3. Zhang, Xiaoxue, and Si Wang. "From the first human gene-editing to the birth of three-parent baby." Science China Life Sciences 59, no. 12 (2016): 1341-1342.