Jedna od stvari koje se stalno ponavljaju oko mitohondrija je da su to “električne centrale ćelije”. Druga je da se mogu naslijediti samo od majke. Treća je da mitohondriji imaju svoju vlastitu, mitohondrijalnu DNK (mtDNK , eng. mtDNA) koja je potpuno različita od jedarne DNK, što znači da embrio naslijedi tu mtDNK od majke. No, šta ako vam kažemo da je moguće naslijediti ove važne organelice i od oca?

Da se razumijemo – zaključak ove priče je da je i dalje pravilo da se mitohondriji nasljeđuju od majke, ali postoje i posebni slučajevi da se ipak naslijede i od oca, a naučnicima nije baš jasno kako. No priča je zanimljiva i puna stvari koje ne učimo u školama i na fakultetu.

Kod sisara, mitohondriji su zadržali ograničeni skup cirkularnih (dakle, prstenastih) genoma, nalik na one koje srećemo kod bakterija, od 16,6 kilobaza od kojih svaki kodira 13 polipeptida, a kodiraju dio puta oksidativne fosforilacije. Mitohondriji, zajedno sa svojom mitohondrijskom DNK (mtDNK) su poluautonomni i imaju sposobnost repliciranja, dijeljenja i stapanja neovisno o ciklusu somatske nuklearne diobe.

Uobičajeno je jednoroditeljsko (uniparentalno) nasljeđivanje mtDNK, i to od majke, što je prilagodba koja je možda neophodna da bi se izbjegao smrtonosni sukob genoma između podređenih organela.

Međutim, pravila imaju izuzetke i pokazalo se kako postoji mogućnost da se mitohondriji naslijede sa očeve strane. Odnosno, postoji mogućnost da potomci naslijede i očevu mtDNK.

Znate tu priču: mitohondriji spermatozioda se nalaze u njihovom repu i pri oplodnji spermatozoid otkači rep i tako mitohondriji ostanu vani i jedini mitohondriji koje zametak naslijedi su oni od majke. To je već nekoliko puta isticano i na ovom portalu. No, nije uvijek tako.

Naučnici su u nekoliko radova upozorili kako su pronaši dokaze o paternalnom tj. biparentalnom nasljeđivanju mitohondrijske DNK, u prevodu: od dva roditelja.

Schwartz i Vissing su 2002. u NEJM (1) predstavili slučaj 28-godišnjeg muškarca koji je u mišićnom tkivu imao i majčinu i očevu mtDNA – u svim ostalim tkivima imao je samo majčinu mtDNK. Bio je to prvi put da je u ljudskoj mtDNK primijećeno postojanje očinskog uzorka i, posljedično, heteroplazmija.

Kraytsberg et al. su 2004. u Science tvrdili da je čak bilo i rekombinacije majčinske i očinske mtDNK (2).

Identifikovali su tri nepovezane višegeneracijske porodice s visokom razinom heteroplazmije mtDNA (u rasponu od 24 do 76%) kod ukupno 17 pojedinaca u studiji objaljenoj 2018. godine (3).

E sad, ako postoje slučajevi prenosa očinske mtDNK  da li onda sva ona istraživanja i praćenja mitohonrijalne DNK s majčine strane, u kojima se prati ženska linija pada u vodu?

Količina očinske mtDNK je tako mala i dešava se da nije u svim ćelijama, pa je njeno prisustvo zapravo zanemarljivo. U jajnoj ćeliji postoji oko 100 000 mitohondrija, a u spermiju oko 100-tinjak (4), tako da ako i neki “prođe” zanemarljiv je njegov udio u ukupnom porijeklu mtDNK.

No, kako očeva DNK mitohondrija dospijeva na kraju, kako procuri? Ili šta smo pogrešno mislili

Stvar je u tome a zapravo nije istina kako rep i vrat spermatozoida ostaju van jajne ćelije. Jedan rad kaže kako se tu radi o pogrešnom uvjerenju koje se uvriježilo i sad ga je teško debunkati i ukloniti iz svijesti ljudi. Jedina vrsta za koju je poznato da rep spermija ostaje van jajne stanice je kineski hrčak (Cricetulus griseus) naglasak na “poznata” jer možda ih ima još a da mi ne znamo. Kod drugih, uključujući i ljude, rep i vrat spermija ipak prođu.

Međutim, ovdje se treba vratiti na broj mitohondrija. Vrat spermija ima oko 75 mitohondrija, pa tako broj majčinskih mitohondrija, a samim tim i količina majčinske mtDNK prevazilazi nekoliko puta broj mitohondrija i količinu mtDNK spermija.

Budući da je spermi potrebno nekoliko sedmica da se formira i sazrije unutar muškog spolnog trakta prije ejakulacije, a mtDNK se može razgraditi tijekom tog razdoblja, najjednostavnije objašnjenje za takozvano majčinsko nasljeđe je da je očinski doprinos razrijeđen izvan granica detekcije korištenjem konvencionalnih ograničenja analiza enzima.

Mit o dijelu spermija koji ne ulazi u jajnu ćeliju prilikom oplodnje je nastao, čini se osamdesetih. U članku(5) iz 1996. Zablude o mitohondrijima i oplodnji kod sisavaca: Implikacije za teorije o ljudskoj evoluciji, koja je recenzirana i objavljena u Proceedings of the National Academy of Sciences kritikuje se kao zabluda navođenje toga da mitohondriji, odnosno, rep i vrat spermija, ne ulaze u jajnu ćeliju.

Tu se navodi kako u pregledu evolucije mtDNK kod primata Spuhler izjavljuje: “Većina modela za evolucijsku genetiku mtDNK kod sisara pretpostavlja da je nasljeđe isključivo majčino (Wilson et al., 1985.). Iako spermij kičmenjaka može sadržavati stotine mitohondrija u središnjem dijelu, obično ta struktura ne ulazi u oplođeno jajašce, a ako očevi mitohondriji i uđu, naizgled malo njih, ako ih uopće ima, preživi prvu ravnomjernu diobu stanice.” Ovaj dio oko “neulaženja”  je očito netačan. Rad Wilsona i saradnika  na koje se Spuhler poziva niti pruža konkretne informacije, niti daje bilo kakav razlog za objašnjenje zašto bi nasljeđe mtDNK trebalo biti striktno majčino.

Onda se ova zabluda širila i dalje umnožavala te je došla čak i do Cambridge Encyclopedia of Human Evolution .

U istom članku, kritikuje se i svevišnji Dawkins, pa autori pišu: “Možda se najkrupnija pogrešna tvrdnja pojavljuje u Dawkinsovom “Slijepom uraru” (ref. 57, str. 176): “Svi mitohondriji u vama potječu od male populacije koja je putovala od vaše majke u njenom jajetu. Spermiji su premali da sadrže mitohondrije (naš kurziv, navode autori članka u Proceedings), pa mitohondriji putuju isključivo po ženskoj liniji, a muška tijela su slijepa ulica što se tiče reprodukcije mitohondrija. Usput, to znači da možemo koristiti mitohondrije da pratimo naše porijeklo striktno niz žensku liniju.”

Ne, spermiji nisu premali da sadrže mitohondrije, ali ih imaju jako malo u odnosu na jajnu ćeliju. Iako središnja dogma o nasljeđivanju mtDNK s majčine strane ostaje važeća, postoje neki iznimni slučajevi u kojima se mtDNK s očeve strane može prenijeti na potomstvo.

Također, ovi podaci nalaze se jedino u tom radu iz 1996. Rad je objavljen na jakom i kredibilnom mjestu ali nema novijih članaka koji obaraju dogmu o tome kako rep spermatozoida ne ulazi u jajnu ćeliju pri oplodnji. No kako god, količina očinske mitohondrijane DNK je jako mala, i to je glavni uzrok što ne doprinosi baš puno u osobinama potomstva. Dakle, rep nije ni važan, da li ostaje ili ne. Ono što je veća misterija jeste to kako se kod malog broja osoba ipak zadrži ta očinska mitohondrijalna DNK, kako se ona slaže sa majčinskom, jer je praktično “strano tijelo” i koliko se ovo često događa?

 

 

  1. Schwartz M, Vissing J. Paternal inheritance of mitochondrial DNA. N Engl J Med. 2002 Aug 22;347(8):576-80. doi: 10.1056/NEJMoa020350. PMID: 12192017.
  2. Kraytsberg Y, Schwartz M, Brown TA, Ebralidse K, Kunz WS, Clayton DA et al (2004). Science 304: 981.
  3. Luo S, Valencia CA, Zhang J, Lee NC, Slone J, Gui B, Wang X, Li Z, Dell S, Brown J, Chen SM, Chien YH, Hwu WL, Fan PC, Wong LJ, Atwal PS, Huang T. Biparental Inheritance of Mitochondrial DNA in Humans. Proc Natl Acad Sci U S A. 2018 Dec 18;115(51):13039-13044. doi: 10.1073/pnas.1810946115. Epub 2018 Nov 26. PMID: 30478036; PMCID: PMC6304937.
  4. Satoh M, Kuroiwa T. Organization of multiple nucleoids and DNA molecules in mitochondria of a human cell. Exp Cell Res. 1991 Sep;196(1):137-40. doi: 10.1016/0014-4827(91)90467-9. PMID: 1715276.
  5. Ankel-Simons F, Cummins JM. Misconceptions about mitochondria and mammalian fertilization: implications for theories on human evolution. Proc Natl Acad Sci U S A. 1996 Nov 26;93(24):13859-63. doi: 10.1073/pnas.93.24.13859. PMID: 8943026; PMCID: PMC19448.