3
min read
A- A+
read
Geenitestisi voi valehdella - äitilinjoissa saattaa olla miehiäkin mukana

Tähän asti on oletettu, että mitokondrio-DNA periytyisi ainoastaan äideiltä. Tuore tutkimus kuitenkin järkyttää tätä perimän tutkimuksen peruspilaria: Poikkeavaa mtDNA:ta saattaa olla jopa joka viidennellätuhannella.

Jarmo Korteniemi
01.12.2018

Kaikissa soluissamme on kahta eri perimää, tuman DNA:ta ja mitokondrioiden mtDNA:ta. Meidän kunkin "rakennuspiirustukset" löytyvät tuman DNA:sta, mutta mtDNA vaikuttaa solujen toimintaan ja sitä kautta yksilön terveyteen, kasvuun ja kehitykseen.

Mitokondrio-DNA on erityisen mielenkiintoista, sillä sen avulla tutkitaan usein puhdasta äitilinjan perimää. Jokaisen miehen, naisen ja lapsen mtDNA on nimittäin peräisin vain ja ainoastaan tämän äidin munasolusta.

Hedelmöityksen hetkellä munasoluun toki pääsee miehenkin mtDNA:ta siittiön mukana. Suuri osa siittiön mitokondrioista on kuitenkin tässä vaiheessa jo loppuun palanut, johtuen siitä huimasta spurtista jonka tuo pieni häntäheikki on joutunut tekemään. Ja jos joku siittiön mitokondrio sattuisi vielä tuossa vaiheessa olemaan voimissaan, se tuhotaan, kiitos munasolun suojamekanismien. Näin tapahtuu lähes kaikilla nisäkkäillä.

Tai näin on siis uskottu tähän asti. Tuore tutkimus kuitenkin haastaa näitä käsityksiä. Osa mitokondrioista näet onkin silloin tällöin peräisin isältä.

Vasta julkaistu tutkimus kertoo kolmesta suvusta, joissa periytyy outo ominaisuus. Se mahdollistaa mitokondrio-DNA:n periytymisen kummaltakin vanhemmalta - myös isältä. Kahta erilaista mtDNA:ta löytyi kaikkiaan 17 tutkitusta sukujen jäsenistä. Suurimmillaan "odottamatonta" perimää oli yksilön mitokondrio-DNA:sta 76 prosenttia, pienimmillään 24 %. Piirre on sekä periytyvä että todennäköisesti dominoiva.

Tutkijat varmistivat löytönsä teettämällä mtDNA-sekvenssoinnin useaan kertaan eri tutkimuslaitoksissa ja eri tavoilla tehtynä. Tutkimus julkaistiin 26.11. PNAS-julkaisusarjan verkkosivuilla.

"Löytö on todella mullistava. Se voi avata täysin uuden tutkimusalan ja muuttaa sitä miten katsomme [tiettyjen] sairauksien syitä", hehkuttaa Stanfordin yliopiston mitokondriobiologi Xinnan Wang NOVAlle. Wang ei ole tutkimusryhmässä mukana.

Kyse ei suinkaan ole ensimmäisestä kerrasta kun todisteita isä-mtDNA:n periytymisestä on saatu. Vuonna 2002 New England Journal of Medicinessä julkaistiin tapauskertomus miehestä, jonka lihaksisto ei toiminut kunnolla. Syyksi todettiin muutos juuri isältä periytyneessä mtDNA:ssa. Vastaavia vihjeitä saatiin vuonna 2013 Human Molecular Genetics -sarjassa julkaistussa erittäin tarkassa 20 potilaan mtDNA-kartoituksessa, kun kaikilta tutkituilta löytyi jonkin verran kahta erilaista mitokondrioperimää. Ihmisen ohella ainakin hiirillä, sammakoilla, sardelleilla, banaanikärpäsillä ja siiroilla on todettu jonkin verran koiraiden mtDNA-"vuotoa" jälkeläisille.

Hiiren soluissa mitokondriot on väritetty vihreällä ja tuma sinisellä (D. Burnette, J. Lippincott-Schwartz/NICHD)

Tutkijoiden päätelmä on, että vaikka mitokondriot toki tulevatkin tyypillisesti äideiltä, niitä tulee joskus myös isiltä. Tällaiset tapaukset ovat kuitenkin - ainakin alustavasti - vielä varsin harvinaisia ja epätavallisia. Vielä ei tiedetä, kuinka yleistä isän mtDNA:n periytyminen on, mutta tutkijat arvioivat, että joka viidennellätuhannella voisi olla (merkittäviä määriä) isältä peräisin oleva mitokondrioainesta.

Helsingin yliopiston akatemiaprofessori Anu Wartiovaara ei MTV:n haastattelussa kuitenkaan usko aivan näin suureen lukuun: "Yksi viiteentuhanteen kuulostaa korkealta määrältä, sillä mitokondrio-perimää on tutkittu vuosikymmeniä ilman että isä-periytymistä olisi havaittu. Nykytiedon valossa isältä periytyvä mitokondrio-DNA on äärimmäisen harvinainen tapahtuma."

Oli tapahtuma miten yleinen tai harvinainen tahansa, löytö auttanee kehittämään hoitokeinoja mtDNA:n kopioitumisessa oleviin ongelmiin ja niistä johtuviin sairauksiin. Mitokondriohoitoihin erikoistuneen Wartiovaaran mukaan uusi tutkimus voi avata tutkijoille mahdollisuuksia löytää mekanismeja, jotka joko tarkoituksella tuhoavat tai suojaavat hedelmöityksessä isän mitokondrio-DNA:ta, kertoo MTV. Jos äidin mitokondrioissa on perustavaa laatua olevia ongelmia, ne voidaan ehkä tulevaisuudessa korvata isän vastaavilla. Ongelmana vain on, että siittiöiden mtDNA on usein hyvin altis mutaatioille, mikä helposti haittaa niiden elinkelpoisuutta.

Ensin tutkijoiden vain täytyy saada selville kuinka mtDNA ylipäätään voi periytyä myös isältä. Alustava oletus on, että siittiöiden mitokondriot pystyvät säilymään vain, jos munasolun tuman DNA:ssa on tapahtunut muutos. Tämän mutaation vaikutuksesta munasolu ei enää tunnista ja tuhoa siittiön mukana tulleita vieraita mitokondrioita. Vihiä tähän antaa ominaisuuden periytymistapa, se kun näyttäisi olevan vallitseva eikä väistyvä (eli dominoiva eikä resessiivinen). Tuman DNA:sta löytyy geenien vastinparit kummaltakin vanhemmalta. Jos nuo vastinparit ovat erilaiset, niistä toinen voi olla dominoiva. Tällöin sen esilletuloon riittää, että se on peritty ainoastaan toiselta vanhemmalta. Ja juuri näin tapahtuu miehen mtDNA:n tuhoutumattomuuden kanssa. Jos kyse olisi resessiivisestä ominaisuudesta, sen pitäisi tulla sekä äidiltä että isältä.

Löytö ei siis tarkoita etteikö sukujuuria selvitettäessä mtDNA yhä kertoisi yhdestä tietystä esivanhempien linjasta. Se ei vain välttämättä ole joka kerta yleistettävissä täysin puhtaaseen äitilinjaan. Joskus kyse saattaakin olla vaikkapa äidin-äidin-äidin-äidin-isän-äidin-äidin linjasta, tai 4999 äidinäidistä, joiden joukossa on yksi isä.

Mitokondrio-DNA koostuu hieman yli 16500 emäsparista. Niistä muodostuu 37 erilaista geeniä, jotka koodaavat lähinnä juuri mitokondrion liittyviä toimintoja. Solun tuman DNA:ssa emäspareja on huomattavasti enemmän, yli kolme miljardia. Niistä muodostuu noin 21000 erilaista geeniä.

Mitokondriot ovat solujen voimaloina toimivia soluelimiä. Niissä varastoidaan kemiallista energiaa, tyypillisesti adenosiinitrifosfaattiin eli ATP:hen, myöhemmin käytettäväksi. Yleisesti hyväksytyn hypoteesin mukaan mitokondriot ovat kehittyneet alkukantaisista esitumallisia eliöistä, joita joutui jossain evoluution vaiheessa suurempien ja monimutkaisempien aitotumallisten solujen sisään. Tuhoutumisen sijaan ne alkoivatkin elää symbioottisesti: "alivuokralainen" sai emosolusta suojaa tarjoten sille samalla hapetus- ja energiantuotantopalvelujaan. Huomattavasti marginaalisemman idean mukaan mtDNA voi myös olla irronnut tuman DNA:sta niihin aikoihin kun aitotumallisten kehityslinja alkoi erota esitumallisista.

Suomessa asiasta kertoi ensimmäisenä MTV Uutiset.

Lähteet: Wu: "Not Your Mom’s Genes: Mitochondrial DNA Can Come from Dad" (PBS NOVA 2018), Luo ja kumpp.: "Biparental Inheritance of Mitochondrial DNA in Humans" (PNAS 2018, maksumuurin takana), Schwartz ja Vissing: "Paternal Inheritance of Mitochondrial DNA" (NEJM 2002), Payne ja kumpp.: "Universal heteroplasmy of human mitochondrial DNA" (HMG 2013), Ladoukakis ja kumpp.: "Evolution and inheritance of animal mitochondrial DNA: rules and exceptions" (JBR-T 2017), MTV:n uutinen

Otsikkokuvassa nisäkkään keuhkosolun mitokondrioita elektronimikroskooppikuvassa. Koristelusta huolimatta ne eivät liity tutkimukseen.