Herança mitocondrial: aplicações, patologias, prevenções - Ciência - 2023

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o herança mitocondrial é a transmissão do DNA mitocondrial através de organelas chamadas "mitocôndrias" e ocorre de pais para seus descendentes. Normalmente, a herança ocorre apenas a partir da mitocôndria materna, de forma "matrilinear".

Shiyu Luo e colegas, no entanto, publicaram um artigo em janeiro de 2019 no qual encontraram evidências de que, em raras ocasiões, o DNA mitocondrial pode ser herdado de ambos os pais.

A maior parte do material genético das células eucarióticas é encontrada no núcleo da célula. No entanto, uma pequena parte do DNA é encontrada dentro da mitocôndria.

O material genético dentro dessa organela é conhecido como DNA mitocondrial, que é organizado em um cromossomo circular, que nos mamíferos tem entre 16.000 e 16.800 pares de bases de comprimento.

Observou-se que mutações no DNA mitocondrial causam doenças graves em indivíduos e, na maioria dos casos, as doenças são herdadas apenas de mãe para filho, quando as mitocôndrias maternas apresentam mutações em seu DNA.

Todas as mitocôndrias dos descendentes vêm de um pequeno grupo de mitocôndrias presentes no óvulo quando ocorre o momento da formação do zigoto (fusão do óvulo e do espermatozoide), portanto, na maioria dos casos, as mitocôndrias do feto são apenas herdadas de sua mãe.

Fusão de gametas e transferência de mitocôndrias

No momento da fertilização do óvulo (gameta feminino), o espermatozóide ou gameta masculino contribui com algumas mitocôndrias para o embrião em desenvolvimento.

Essa contribuição ocorre no momento do contato do espermatozóide com a membrana plasmática do óvulo, uma vez que ambas as membranas se fundem e o esperma entra no citoplasma do óvulo, esvaziando seu conteúdo interno.

Na maioria dos táxons do reino animal, há uma “tendência” de herança em uma forma clonal ou uniparental de mitocôndrias e DNA mitocondrial (quase sempre em relação às mães). Em algumas famílias de animais, existem mecanismos de destruição das mitocôndrias paternas transmitidas por células espermáticas.

O óvulo nos mamíferos tem centenas de mitocôndrias, que representam cerca de 1/3 do DNA total dessas células sexuais; enquanto o espermatozóide possui apenas alguns em uma região intermediária entre o flagelo e a cabeça.

Os ovos humanos têm mais de 100.000 cópias de DNA mitocondrial; enquanto isso, o esperma tem apenas cerca de 100, mas a quantidade varia dependendo da espécie em questão.

Isso torna evidente que a grande maioria das mitocôndrias nas células dos descendentes são de transmissão materna. Portanto, se as mitocôndrias dos óvulos apresentarem mutações prejudiciais ou deletérias, essas mutações serão transmitidas aos seus descendentes.

Herança biparental

O cientista Hutchinson, em 1974, foi um dos primeiros a afirmar que a herança das mitocôndrias ocorria de forma estritamente materna (matrilinear). No entanto, no início do século 20, White e colegas observaram que em alguns mexilhões a herança mitocondrial não era estritamente materna.

Posteriormente, em 2008, essa observação em mexilhões foi designada como um tipo de “heteroplasmia”, que se refere ao “vazamento” da mitocôndria e do DNA mitocondrial paterno para a prole.

Muitas outras observações identificaram a presença de mitocôndrias paternas e DNA mitocondrial em mexilhões como naturais.

Shiyu Luo e colegas identificaram três pessoas de três famílias humanas com heteroplasmia incomum de DNA mitocondrial. Essas heteroplasias não podiam ser explicadas pela descendência do DNA mitocondrial materno, então esses autores realizaram o sequenciamento de última geração do DNA mitocondrial de ambos os pais e avós das três pessoas.

Desta forma, a heteroplasmia incomum foi identificada como um produto da contribuição do DNA mitocondrial de ambos os avós, a avó e o avô. Além disso, os autores identificaram duas famílias não relacionadas adicionais exibindo transmissão mitocondrial biparental.

Esta pesquisa foi o primeiro relato sobre herança mitocondrial de forma biparental em humanos.

Luo e colaboradores sugerem que a heteroplasmia por transmissão do DNA mitocondrial paterno é omitida nos diagnósticos quando não causa nenhuma doença nos indivíduos que a carregam.

Formulários

O DNA mitocondrial foi introduzido na genética populacional, filogenia e estudos evolutivos pelo Dr. John C. Avise em 1979 e hoje esta é uma das ferramentas mais poderosas para estudar a genética populacional de todas os seres vivos.

Ao rastrear a genealogia do DNA mitocondrial humano, uma imensa quantidade de estudos genéticos foi realizada para tentar localizar a origem da humanidade.

Mesmo com base no DNA mitocondrial materno, foi determinado que todas as pessoas no mundo podem ser classificadas em cerca de 40 grupos diferentes de haplótipos mitocondriais, intimamente relacionados a diferentes áreas geográficas do mundo.

Muitas casas comerciais, como a "Oxford Ancestor", oferecem rastreamento de todos os ancestrais das pessoas usando a herança do DNA mitocondrial.

O fundador do Oxford Ancestor Bryan Sykes usou DNA mitocondrial para classificar todos os europeus em clãs fundados pelas "Sete Filhas de Eva". Este é o título que Sykes atribuiu a um livro que escreveu tentando rastrear a origem de todos os europeus.

Em seu livro, Bryan Sykes segue a herança mitocondrial de todos os cidadãos europeus por meio do sequenciamento do DNA mitocondrial de milhares de pessoas, localizando a origem de todos os europeus em sete mulheres que existiam antes da última era glacial, 45.000 anos atrás.

Patologias e prevenções

Mutações prejudiciais nos genes do DNA mitocondrial causam várias doenças em nível sistêmico. Essas mutações podem ser transmitidas por herança mitocondrial através da mãe e, raramente, do pai.

Uma mutação no DNA mitocondrial pode causar problemas devido à ausência ou dano das enzimas envolvidas na respiração celular. Esse dano leva a uma redução no suprimento de ATP das células, causando o mau funcionamento dos sistemas do corpo.

No entanto, em muitas ocasiões, as pessoas herdam vários tipos de mitocôndrias de suas mães, algumas funcionais e outras defeituosas; portanto, mitocôndrias com genes funcionais podem compensar o mau funcionamento das mitocôndrias defeituosas.

Atualmente, pesquisas estão sendo feitas para transferir núcleos celulares que podem permitir que mulheres que sofrem de doenças causadas por mutações nocivas na mitocôndria tenham filhos saudáveis.

O método de transferência de núcleos consiste em extrair o núcleo celular do óvulo da mãe com as mitocôndrias afetadas e introduzi-lo nos óvulos doados normais, dos quais o núcleo celular foi previamente extraído.

Posteriormente, o óvulo pode ser fertilizado pelo esperma do parceiro do paciente em um em vitro. Essa técnica gerou polêmica porque os fetos concebidos teriam o DNA de três pais diferentes.

Referências

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