Стабилизирующий отбор у млекопитающих справляется с мутациями в митохондриях всего за два поколения
Ученым удалось проследить процесс отбора митохондрий
в клеточках мышей. Выяснилось, что организм высшего животного
способен очень действенно избавляться от мутантных
митохондрий: они пропадают теснее сквозь 26 поколений. Эти предоставленные
разговаривают о том, что отбор обычных митохондрий происходит не
методом элиминации целых организмов с пониженной
приспособленностью, а на ватерпасе ооцитов (дамских половых
клеток) либо на субклеточном ватерпасе.
Ученым удалось проследить процесс отбора митохондрий
в клеточках мышей. Выяснилось, что организм высшего животного
способен очень отлично избавляться от мутантных
митохондрий: они пропадают теснее сквозь 26 поколений. Эти предоставленные
молвят о том, что отбор обычных митохондрий происходит не
методом элиминации целых организмов с пониженной
приспособленностью, а на степени ооцитов (дамских половых
клеток) либо на субклеточном степени.
Скорее всего, механизм
стабилизирующего отбора митохондрий происходит на степени
взаимодействия компонентов эукариотической клеточки. При всем этом темпы
стабилизирующего отбора генов тРНК митохондрий и генов, кодирующих
белки, оказалась многообразными. Предполагается также многообразный
механизм стабилизирующего отбора для генов белков и тРНК.
На данный момент теснее стала общепринятой догадка о происхождении
эукариотической клеточки в итоге симбиоза
прокариотических клеток пары разновидностей, тот или другой 40 лет
назад шокировала научную общественность Линн Маргулис
(Lynn Margulis). Биологи сейчас задают вопросцы не
о вероятности данной гипотезы, а о маршрутах эволюции
отдельных компонентов данной симбиотической порядка.
Более вероятным предком митохондрий на теперешний задевай
рассчитываются свободноживущие протеобактерии. Потом слияния
с клеточкой-владельцем протеобактерии забрали на себя
функции энергоснабжения клеточки, а остальные функции оставили
остальным клеточным компонентам. В итоге митохондрии
отказались от рекомбинации (размена генами с для себя
сходственными), оставив для себя сильно урезанный геном. Наивеличайшему
сокращению подвергся митохондриальный геном у животных.
В нем хранится только лишь информация о неких
ферментах, обслуживающих
окислительное фосфорилирование (клеточное дыхание),
а также гены неких многофункциональных РНК (транспортных,
рибосомальных).
Понятно, что от правильной занятия генов митохондрий зависит
жизнеспособность клеточки. Быть достойным один-одинешенек из ферментов завоевать
вредную мутацию, как энергоснабжение клеточки нарушится.
У митохондрий, лишенных спасительной рекомбинации, нет
способности избавиться от мутаций методом размена генами
с вторыми, здоровыми митохондриями. Можнож водилось бы
представить, что митохондрии очень постоянные
порядка, и скорость мутирования в их очень малюсенька.
Все же, необычное процесс, оказалось, что скорость мутирования
в митохондриальном геноме даже выше, чем в ядерном.
На теоретическом уровне светло, что клеточка как-то избавляется от мутантных
митохондрий, каким-то образом действует стабилизирующий
(очистительный) отбор, отсеивающий вредные мутации. Но как он
действует?
Необходимо добро осознавать, что отбор может функционировать не настолько
прямолинейно, как это представляется в учебных схемах:
взяла вредная мутация, следовательно рождается
маложизнеспособная особь, она не забывает потомства, и
в итоге мутация элиминируется. Таковым методом высшие
организмы не смогли бы освободиться от целых мутаций, массово
возникающих в митохондриальных поколениях. В случае
с митохондриями отбор ведется по почти всем
иерархическим ступеням. Представим для себя иерархические ватерпасы
передачи митохондрий потомству: мутация возникает
в митохондриях, а в клеточке самое большее митохондрий, и не
они все непременно дышат мутации; у самки самое большее ооцитов,
и не в каждом из их водятся мутантные митохондрии;
и, в конце концов, в популяции множество самок, и не
у каждой из их водятся ооциты с мутантными
митохондриями.
На каждом из этих иерархических ватерпасов может происходить
отбор обычных, жизнеспособных митохондрий. Джеймс Стюарт
(James Bruce Stewart) с сотрудниками с
факультета лабораторной медицины Каролинского института
в Стокгольме (Швеция) и
Лаборатории исследования митохондрий в Институте
Ньюкасла (Англия) провели опыт,
подтверждающий, что отбор обычных митохондрий происходит не
на организменном, а на клеточном либо субклеточном степени.
Экспериментаторы действовали с мышами, тот или другой дышали мутацию
в гене митохондриальной ДНК-полимеразы, так давать имя
полимеразы &豫. Палитра-полимераза отвечает за репликацию
ДНК в митохондриях, и ежели этот белок с недостатком, то
при копировании ДНК в генах митохондрий будет
раздобываться множество ошибок. В итоге функция
митохондрий клеточное дыхание будет выполняться
неэффективно. Ген палитра-полимеразы склонен не
в митохондриальном геноме, а в центральном
(ядерном).
В ходе опыта имелась выведена линия мышей,
гомозиготных по мутации в этом гене. У эких мышек
имелись признаки митохондриальных заболеваний: они ранее старились.
Гомозиготных самок скрестили с нормальными самцами и
приобрели потомство, гетерозиготное по мутации гена
палитра-полимеразы (одна копия гена мутантная, другая
обычная). Митохондрии у этих мышей хранили множество
мутаций, унаследованных от мамы (напомним, что
митохондрии наследуются только по женской полосы).
Скрещивая гетерозигот приятель с ином, исследователи
приобрели 2-ое поколение с классическим
расщеплением 1:2:1 по мутации палитра-полимеразы
(25% мышей с 2-мя нормальными копиями гена,
50% гетерозигот и 25% мышей с 2-мя мутантными
копиями гена). Из этого поколения экспериментаторы
отобрали самок, не веющих мутантного гена палитра-полимеразы,
зато унаследовавших от мутантной бабушки митохондриальные ДНК
с вредными мутациями.
Этих самок далее скрещивали с нормальными самцами: приобрели
должно поколение, далее очередное и еще, и так приобрели
6 поочередных поколений. Все эти мышки дышали
обычный ядерный ген, но наследовали по материнской
полосы испорченные митохондриальные ДНК. В каждом
поколении имелись отсеквенированы мтДНК и подсчитано число
нуклеотидных замен. Ученым главно водилось оценить, с какой
скоростью в линии поколений понижается численность мутантных
митохондриальных генов. Для этого применяли нормальный
показатель соотношения важных и незначимых нуклеотидных
замен и узнали, как это соотношение выдается от
случайного. (Тут я уточню, что важными рассчитываются те
нуклеотидные подмены, тот или другой водят к подмене аминокислоты
в кодируемом белке. По соотношению важных и
незначимых замен можнож судить об эффективности очистительного
отбора, тот или иной обязан отбраковывать означаемые подмены и не
заострять внимания на незначимые.)
Выяснилось, что к шестому роду мышей мутантных
митохондрий со важными подменами практически не осталось.
Другими словами, отбор митохондрий на соответствие высочайшему
энергетическому эталону происходит чрезвычайно стремительно.
И ведется он, судя по скорости исчезновения вредных
мутаций, не по признаку приспособленности целого
организма, а на наиболее басистых ватерпасах организации
на субклеточном степени либо на степени ооцитов.
То грызть организм каким-то образом чрезвычайно стремительно
справляется с оплошностями в размножении митохондрий,
выдавая в окончательном итоге освобожденные от мутаций
поколения митохондрий.
В занятию не представлен механизм данной чистки, но зато светло
продемонстрировано явление иерархичности отбора. Это явление
главно и с теоретической, и с практической позиций.
Разработка модели иерархического отбора главна для осознания
эволюции симбиотических организмов, а в мире, как сейчас
становится понятно, чрезвычайно малюсенько организмов, не обладающих симбионтов.
Меж тем классические модели отбора эксплуатируют
свойства приспособленности целого организма,
то грызть учитывают только лишь один-одинехонек иерархический ватерпас.
С практической точки зрения осознание того, как происходит
избавление от мутантных митохондриальных генов, надлежать направить
в поиске методов исцеления митохондриальных заболеваний.
У жителя нашей планеты, так же как и у мышей, около 58%
митохондриальных заболеваний вызваны мутациями
в митохондриальных генах, кодирующих
транспортные РНК (тРНК). При этом, чтоб проявилась
заболевание, ватерпас мутантных митохондрий обязан встать достаточно
высочайшим. Проведенный опыт представил, что механизм
очистительного отбора, по-видимому, действует по-различному для генов
белков и тРНК. Необходимо выделить, что в опыте
ватерпас мутаций в генах тРНК остался высочайшим,
то грызть стремительный и действенный очистительный отбор действовал
только лишь для генов, кодирующих белки. В чем тут разница?
Зачем отбор перестает функционировать, иногда процесс
касается тРНК?
Замечу, что по данной теме в Москве,
в Институте
заморочек передачи инфы РАН и МГУ ведутся очень
достойные внимания проекты. В частности, столичным биологам под
управлением
Мтр. С. Гельфанда
удалось сопоставить эффективность избавления от мутаций
у митохондрий и протеобактерий, прородители тот или другой встали
некогда симбионтами-митохондриями. Они пришли
к неожиданному заключению, что у митохондрий,
невзирая на полное неименье рекомбинации и сравнимо
басистую численность популяций, эффективность элиминации
мутаций очень высока, еще выше, чем
у свободноживущих аналогов либо у облигатных
паразитарных протеобактерий. Видимо, процесс здесь
в каких-то взаимодействиях в границах
эукариотической клеточки. В совместном, исследователям еще
предстоит великая занятие и новейшие открытия.
Источники : 1) James Bruce Stewart, Christoph Freyer, Joanna L.
Elson, Anna Wredenberg, Zekiye Cansu, Aleksandra Trifunovic,
Nils-G&覮ran Larsson.
)
Posted in ЭкоБиология by admin with comments disabled.