11. Charakterystyka mitochondrialnego DNA

Ludzkie mitochondrialne DNA jest kolistą cząsteczką DNA o długości około 16,6 kb, występuje w matrix mitochondrium w ilości 4-10 na organellom.

Mitochondria dziedziczone są tylko od matki.

DNA ulega mutacjom, i to z większą szybkością niż genom jądrowy. Wynika to z kilku przyczyn. Po pierwsze, DNA mitochondrialny jest położony blisko głównego źródła wolnych rodników — łańcucha oddechowego, poza tym jest pozbawiony histonów i nie ma pełnej gamy systemów naprawczych dostępnej w jądrze. Gdy wszystkie cząsteczki DNA w danej komórce są takie same, określane to jest jako homoplazmia, jeśli są obecne np. DNA zmutowane i niezmutowane jest to heteroplazmia. U większości osób mających choroby mitochondrialne DNA w mitochondriach jest mieszaniną normalnego i zmutowanego.

Genom mitochondrialny jest mały (16658 par zasad u człowieka), nie ulega rekombinacji lub ulega jej na bardzo niskim poziomie. Ponieważ występuje w wielu kopiach we wszystkich komórkach, daje się go pozyskać z materiałów muzealnych i kopalnych łatwiej, niż DNA jądrowy.

W genomie mitochondrialnym człowieka, który wielkością jest zbliżony do niewielkiego genu jądrowego, zapisana jest informacja o syntezie 22 tRNA, 2 rRNA i 13 polipeptydów wchodzących w skład łańcucha oddechowego. W mitochondriach ludzkich istnieje jeden obszar niekodujący, o długości około 1100 par zasad, tzw. pętla D (uznawany jest za najbardziej zmienny odcinek genomu mitochodrialnego). W obrębie pętli D mieszczą się trzy hiperzmienne regiony HVR1, HVR2 oraz HVR3 (ang. hipervariable region), w których mutacje powstają znacznie częściej aniżeli w pozostałej części regionu kontrolnego. Na samym końcu 3' D-loop mieści region polipirymidynowy, złożony z ciągu powtórzonej cytozyny lub tyminy. Znajdują się

w niej miejsca inicjacji transkrypcji obu nici i początek replikacji jednej z nich.

Replikuje się wg modelu przemieszczającej się pętli (D-loop). Mechanizm ten inicjowany jest przez polimerazę RNA. Transkrypcja przechodząca przez mitochondrialne ori (które znajduje się w pętli D) odsuwa jedną nić tworząc pętlę. Specyficzne przecięcie nici RNA z wytworzeniem wolnej grupy 3^'-OH umożliwia dołączenie się polimerazy DNA i wydłużanie startera, czemu towarzyszy poszerzanie się pętli przez mitochondrialną polimerazę DNA (gamma). Mechanizm ten powoduje asymetryczną replikację DNA.

Geny mitochondrialne ludzi nie zawierają intronów. Nici pojedynczej cząsteczki mtDNA są oznaczane jako H (ang. heavy - ciężka) i L (ang. light - lekka). Geny leżą na obydwu niciach. Na nici lekkiej transkrypcja rozpoczyna się z jednego promotora (transkrypt tego promotora inicjuje replikację), a na nici ciężkiej z dwóch. Reszta genomu mitochondrialnego jest ściśle upakowana, prawie wszystkie geny są na jednej nici, na drugiej jest tylko zakodowane jedno białko i 8 tRNA.

---