Mitokondriyal Dna’nın Paternal Kalıtıldığına Dair Bulgular

Kadriye Yüksel,  Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümü, İstanbul Yeni Yüzyıl Üniversitesi 

Mitokondriyal DNA

Mitokondri, sitoplazma içinde membran ile sınırlanmış, ökaryotik canlılarda bulunan ve hücre içi oksijenli solunumdan sorumlu çift membranla çevrili, kendi enzimlerini üretebilen, kendine ait halkasal yapıda DNA’sı bulunan bir organeldir. Mitokondriler hücrenin en yoğun enerji ürettiği organeldir, oksidasyon-redüksiyon reaksiyonları ile hücreye enerji üretirler. Mitokondriler mtDNA ve nDNA tarafından kontrol edilirler. Mitokondriyal DNA sirküler (halkasal) çift zincirli DNA’dan oluşur ve toplam 37 gen içerir. Bir hücrede bulunan mtDNA sayısı 1000-10.000 arasındadır. Mitokondriyal DNA’nın tamir mekanizması nükleer DNA’ya göre daha zayıftır ve bu özelliği sayesinde mutasyonlara da daha açık olmuş olur. MtDNA içeriğinin yalnızca %7’sı kodlanmayan dizilerden oluşur[1]. Mitokondri, kendi DNA’sını, nüklear DNA’dan bağımsız olarak çoğaltabilir. Buna; ‘’otonom özellik’’ adı verilir[2].

MtDNA, yüksek mutasyon oranına sahiptir. Ayrıca son derece polimorfik bir genom yapısında olan mitokondriyal DNA’nın , aynı tür içerisinde bile çok sayıda varyantı bulunur. Homoplazmi adını verdiğimiz durumda bir bireyin tüm mtDNA kopyaları aynı dizi özelliklerini gösterir. Heteroplazmi durumunda ise yabanıl tip ile mtDNA'nın farklı varyantları ya da mutasyonlu türleri bir arada bulunur. Belli dokularda heteroplazminin ortaya çıkmasına, yaştan bağımsız olarak ortaya çıkabilen DNA mutasyonları neden olabilmektedir. Mitokondriyal DNA’da meydana gelen mutasyonlar farklı hastalıklara sebep olabilir. Bu hastalıklar; Progressif Eksternal Oflalmopleji (PEO), Leber's Hereditary Optic Neuropathy (LHON), Leigh hastalığı (Subakut Nekrotize), Myoklonik Epilepsi-Ragged Red Fiber (MERRF), Letal Infantil Mitokondriyal Miyopati (LIMM)’dir[3].

 

Mitokondriyal DNA’nın kalıtımı

 

Mitokondriyal DNA'nın kalıtımını ilk olarak 1980 yılında Giles ve ark., [4]  tanımlamıştır. Onların bu tanımında mitokondriyal DNA maternal olarak kalıtılmaktadır. Bu kalıtım şekli sayesinde mitokondriyal DNA,  nDNA'nın kalıtımdan son derece farklı olma özelliğini kazanmıştır. Fakat 1991 yılında Gyllensten ve ark., [5] Mus musculus ve Mus spretus ile yaptığı tür çaprazlamalarında az miktarda paternal mtDNA'nın yavrulara geçebilme ihtimalinin olduğunu göstermişlerdir. Bu bilim insanları, dokulardaki tüm mtDNA'nın %0.01-0.001 'inin paternal orijinli olduğunu bildirmişlerdir. Bu ihtimalin bu kadar az olmasının sebebi olarak, spermin mitokondrilerinin ubikuitin ile işaretlenmesi düşünüyor. Bu yüzden baba mtDNA molekülleri [6] genellikle döllenmeden sonraki dört ila sekiz hücreli aşamadan sonra saptanamıyor. Luo ve ark. [7], üç ailede yaptıkları bir çalışmada mtDNA'nın yavrulara maternal bulaşma kavramına meydan okuyan biparental kalıtımı rapor ettiler. Katı bir şekilde bilinen ‘’mtDNA, maternal kalıtılır’’ bilgisinin sınandığı yeni çalışmalar bulunmakta ve bu bulgular bizi bu olaya katı bir şekilde yaklaşmamamız gerektiğine ikna etmektedir. Luo ve arkadaşları [7] tarafından yapılan bu çalışma, mtDNA’nın baba kalıtımının varlığını kanıtlar niteliktedir. Bu çalışma ile sağlıklı bireylerde mtDNA’nın biparental kalıtımını gösterdiler. Göstermiş oldukları kanıtlar ikna edicidir çünkü üç bağımsız ailede ve bu ailelerin birkaç neslinde, ayrıca iki farklı laboratuvar çalışması ile, tam DNA dizilimini kanıt göstermişlerdir. Yapılan bu çalışma, mtDNA’nın farklı alanlarda kullanılabilirliği ile ilgili konuların tekrar düşünülmesine sebep olmuştur.

Mitokondriyal DNA Kullanım Alanları

MtDNA, popülasyon genetiği çalışmalarında tür filogenetiğini incelemek için tercih edilebilir. Derin evrimsel tarih araştırmaları için problemler oluşturmaktadır.[2] Kimlik oluşturmak için iskelet kalıntıları, yumuşak doku ve kişisel veriler üzerinden profil oluşturulmasını sağlayan bilim Adli Antropoloji’dir. Adli Antropoloji ve Adli Genetik , adli bilimlerin diğer alt dalları içerisinde yer almaktadır ve adli vakalarda suçluların saptanması, kimliklendirme, anne-babalığın saptanması gibi araştırmalarda genetik bilgiyi taşıması ve kanıt oluşturması niteliği dolayısıyla DNA molekülü kullanılmaktadır. Adli Antropoloji bu tanımlamaları  iskelet kalıntıları, yumuşak doku ve kişisel veriler üzerinde yapılan testler ile sağlarken Adli Genetik ise DNA materyallerinin PCR tabanlı analizi ile yapmaktadır.[8] Otozomal DNA’nın kullanılamadığı durumlarda mtDNA kullanılır. [9]. MtDNA karşılaştırılmasında kullanılan en önemli veritabanı EDNAP Mitochondrial DNA Population Database’dir. Bir mtDNA karşılaştırılmasında hem bireyden alınan örnek hem de kanıt üzerinden alınan örnek incelenir. Eğer sekanslar tümüyle birbirinden farklı ise, aynı kaynağa sahip olmadıkları kabul edilir ve dışlanırlar. Eğer mtDNA sekansları yüksek derecede benzer veya aynıysa , numuneler aynı kökene sahip olmaları veya aynı maternal soydan türetilmeleri gerektiğinden dışlanamaz. [10] Geçmişte olan bir kayıp vakasında, çölde bulunan insan iskeleti üzerinden alınan mtDNA ile, kayıp ile akrabalık ilişkisi olduğu düşünülen bir kişiden alınan mtDNA’nın karşılaştırılması ve iki sekansın eşleşmesi sonucunda kayıp vakası çözüme kavuşmuştur. Ayrıca kazılarda bulunan iskelet parçaları üzerinde yapılan mtDNA analizleri bazı tarihsel verileri de sağlamıştır. [11] MtDNA’nın kullanım alanları oldukça çeşitlidir. Bir vakanın çözülmesi gibi kritik durumlarda kullanılabilen mtDNA’nın, yüksek mutasyon oranı ve yeni yapılan çalışmaların iddiasına göre paternal kalıtılabileceği  ihtimalleri yapılan çalışmalarda göz önüne alınmalıdır.

 

Referanslar

 

1.   Neubauer, S (2007). The failing heart — an engine out of fuel. N Engl J Med;356:1140-51.

2. Solak M, Şengil AZ, Öztaş S. (1997) Rekombinant DNA Teknolojisi Temel İlkeleri ve Uygulama Alanları. Bilim Teknik Kitabevi, Manisa, ss 27-35.

3. ÖZTAŞ, S., & YAKAN, B. MİTOKONDRİYAL DNA VE HASTALIKLARI.

4. Giles RE, Blanch H, Cann HM, et al.(1980) Maternal inheritance of human milochondrial DNA. Proc Nat/ Acad Sci USA ; 77: 6715-6719.

5. Gyllensten, U., Wharton, D., Josefsson, A., & Wilson, A. C. (1991). Paternal inheritance of mitochondrial DNA in mice. Nature, 352(6332): 255-257.

6.  Sutovsky P, et al. (1999) Ubiquitin tag for sperm mitochondria. Nature 402:371–372.

7.  Luo S, et al. (2018) Biparental inheritance of mitochondrial DNA in humans. Proc Natl Acad Sci USA 115:13039–13044

8.  Özkoçak V., Akın G., Gültekin T. (2017) Somatoskopi ve Antropometri Tekniklerinin Adli Bilimler için Önemi. Hitit Üniversitesi Sosyal Bilimler Dergisi, (10): 703-714

9. Budowle B, Allard MW, Wilson MR, Chakraborty R. (2003). Forensics and mitochondrial DNA: applications, debates, and foundations*. Annual Review of Genomics and Human Genetics 4(1):119-141

10. Alonso A, Salas A, Albarrán C, Arroyo E, Castro A, Crespillo M, Gómez J. (2002). Results of the 1999_2000 collaborative exercise and proficiency testing program on mitochondrial DNA of the GEP-ISFG: an inter-laboratory study of the observed variability in the heteroplasmy level of hair from the same donor. Forensic Science International 125(1):1-7.

11. Amorim A., Fernandes T., Taveira N.. (2019). Mitochondrial DNA in human identification: a review. PeerJ, (1-24)