Transmissão paterna de mtDNA - Paternal mtDNA transmission

Em genética , de transmissão de mtDNA paternal e herança mtDNA paternal referem-se a incidência de DNA mitocondrial (mtDNA) que está sendo passado de um pai para seus filhos. A herança paterna do mtDNA é observada em uma pequena proporção de espécies; em geral, o mtDNA é passado inalterado de uma mãe para sua prole, tornando-o um exemplo de herança não mendeliana . Em contraste, a transmissão do mtDNA de ambos os pais ocorre regularmente em certos bivalves .

Em animais

A herança paterna do mtDNA em animais varia. Por exemplo, em mexilhões Mytilidae , o mtDNA paterno "é transmitido pelo esperma e se estabelece apenas na gônada masculina". Ao testar 172 ovelhas , "o DNA mitocondrial de três cordeiros em duas famílias de meio-irmãos mostrou herança paterna." Um caso de vazamento paterno resultou em um estudo com galinhas. Há evidências de que o vazamento paterno é parte integrante da herança mitocondrial de Drosophila simulans .

Em humanos

a mãe não afetada e o pai afetado levam a todas as crianças não afetadas, a mãe afetada e o pai afetado levam a todas as crianças afetadas
Padrões de herança mitocondrial

Na genética mitocondrial humana , há um debate sobre se a transmissão paterna do mtDNA é possível ou não. Muitos estudos sustentam que o mtDNA paterno nunca é transmitido aos descendentes. Esse pensamento é central para os testes de DNA genealógico do mtDNA e para a teoria da Eva mitocondrial . O fato de o DNA mitocondrial ser herdado pela mãe permite aos pesquisadores rastrear a linhagem materna muito antiga . O DNA cromossômico Y , herdado paternalmente, é usado de maneira análoga para rastrear a linhagem do agnado .

Como o mtDNA do pai está localizado na peça intermediária do esperma (a bainha mitocondrial), que é perdido na fertilização, todos os filhos da mesma mãe são hemizigóticos para o mtDNA materno e, portanto, são idênticos entre si e com a mãe. Por causa de sua localização citoplasmática em eucariotos , o mtDNA não sofre meiose e normalmente não há crossing-over, portanto, não há oportunidade para introgressão do mtDNA do pai. Todo o mtDNA é, portanto, herdado da mãe; O mtDNA foi usado para inferir a linhagem da conhecida "Eva mitocondrial".

Na reprodução sexuada , as mitocôndrias paternas encontradas no esperma são ativamente decompostas, evitando assim o "vazamento paterno". As mitocôndrias nos espermatozoides dos mamíferos são geralmente destruídas pelo óvulo após a fertilização. Em 1999, foi relatado que as mitocôndrias de espermatozoides paternos (contendo mtDNA) são marcadas com ubiquitina para selecioná-las para posterior destruição dentro do embrião . Algumas técnicas de fertilização in vitro (FIV), particularmente a injeção intracitoplasmática de espermatozoides (ICSI) de um espermatozoide em um oócito , podem interferir nisso.

Agora entende-se que a cauda do esperma , que contém mtDNA adicional, também pode entrar no óvulo . Isso levou a uma controvérsia crescente sobre o destino do mtDNA paterno.

Nos últimos 5 anos, tem havido um debate considerável sobre se há recombinação no DNA mitocondrial humano (mtDNA) (para referências, ver Piganeau e Eyre-Walker, 2004). Esse debate parece ter finalmente chegado ao fim com a publicação de algumas evidências diretas de recombinação. Schwartz e Vissing (2002) apresentaram o caso de um homem de 28 anos que tinha mtDNA de origem materna e paterna em seu tecido muscular - em todos os seus outros tecidos ele tinha apenas mtDNA de origem materna. Foi a primeira vez que vazamento paterno e, conseqüentemente, heteroplasmia foi observada no mtDNA humano. Em um artigo recente, Kraytsberg et al (2004) levam essa observação um passo adiante e afirmam mostrar que houve recombinação entre o mtDNA materno e paterno nesse indivíduo.

Algumas fontes afirmam que tão pouco mtDNA paterno é transmitido a ponto de ser insignificante ("No máximo, presume-se que deve ser menos de 1 em 1000, uma vez que existem 100 000 mitocôndrias no óvulo humano e apenas 100 no espermatozóide (Satoh e Kuroiwa , 1991). ") Ou que o mtDNA paterno é transmitido tão raramente a ponto de ser desprezível (" No entanto, estudos estabeleceram que o mtDNA paterno é tão raramente transmitido à prole que as análises do mtDNA permanecem válidas ... "). Alguns estudos indicam que, muito raramente, uma pequena parte das mitocôndrias de uma pessoa pode ser herdada do pai.

A controvérsia sobre o vazamento paterno humano foi resumida no estudo de 1996 Equívocos sobre mitocôndrias e fertilização em mamíferos: Implicações para teorias sobre a evolução humana, que foi revisado por pares e publicado em Proceedings of the National Academy of Sciences. De acordo com o resumo do estudo:

Em vertebrados, acredita-se que a herança das mitocôndrias seja predominantemente materna, e a análise do DNA mitocondrial tornou-se uma ferramenta taxonômica padrão. De acordo com a visão prevalecente de herança materna estrita, muitas fontes afirmam que durante a fertilização, a cauda do esperma, com suas mitocôndrias, é excluída do embrião. Isso está incorreto. Na maioria dos mamíferos - incluindo os humanos - as mitocôndrias intermediárias podem ser identificadas no embrião, embora seu destino final seja desconhecido. A história da "mitocôndria perdida" parece ter sobrevivido - e proliferado - sem ser contestada em uma época de contenda entre hipóteses de origens humanas, porque apóia o modelo da "Eva africana" da radiação recente do Homo sapiens da África.

A mistura de mtDNA materno e paterno foi pensada para ter sido encontrada em chimpanzés em 1999 e em humanos em 1999 e 2018. Esta última descoberta é significativa, pois o mtDNA biparental foi observado em gerações subsequentes em três famílias diferentes levando à conclusão de que, embora o dogma da transmissão materna permanece forte, há evidências de que a transmissão paterna existe e há provavelmente um mecanismo que, se elucidado, pode ser uma nova ferramenta no campo reprodutivo (por exemplo, evitar a terapia de reposição mitocondrial, e apenas usar este mecanismo para que os descendentes herdam as mitocôndrias paternas). No entanto, houve apenas um único caso documentado entre humanos em que até 90% das mitocôndrias de um único tipo de tecido foram herdadas por transmissão paterna.

De acordo com o estudo de 2005 Mais evidências para herança não materna de DNA mitocondrial? , a heteroplasmia é uma "forma recém-descoberta de herança para o mtDNA. A heteroplasmia introduz uma ligeira incerteza estatística nos padrões normais de herança". A heteroplasmia pode resultar de uma mutação durante o desenvolvimento que é propagada para apenas um subconjunto das células adultas ou pode ocorrer quando duas sequências mitocondriais ligeiramente diferentes são herdadas da mãe como resultado da presença de várias centenas de mitocôndrias no óvulo. No entanto, o estudo de 2005 afirma:

Múltiplos tipos (ou tipos recombinantes) de DNA mitocondrial bastante diferente de diferentes partes da filogenia do mtDNA conhecida são freqüentemente relatados em indivíduos únicos. A partir de reanálises e corrigendas de dados forenses de mtDNA, é aparente que o fenômeno do mosaico ou mtDNA misto pode ser atribuído apenas à contaminação e mistura de amostras.

Um estudo publicado no PNAS em 2018 intitulado Biparental Inheritance of Mitochondrial DNA in Humans encontrou o mtDNA paterno em 17 indivíduos de três famílias multigeracionais não relacionadas com um alto nível de heteroplasmia de mtDNA (variando de 24 a 76%) em um total de 17 indivíduos.

Uma exploração abrangente da segregação do mtDNA nessas famílias mostra a transmissão biparental do mtDNA com um modo de herança autossômica dominante. Nossos resultados sugerem que, embora o dogma central da herança materna do mtDNA permaneça válido, há alguns casos excepcionais em que o mtDNA paterno pode ser passado para a prole.

Em protozoários

Alguns organismos, como o Cryptosporidium , possuem mitocôndrias sem nenhum DNA.

Nas plantas

Em plantas, também foi relatado que as mitocôndrias podem ocasionalmente ser herdadas do pai, por exemplo, em bananas . Algumas coníferas também apresentam herança paterna de mitocôndrias, como a sequóia costeira, Sequoia sempervirens .

Veja também

Referências

links externos