Nachrichten | Warum wird mitochondriale DNA nur von der Mutter vererbt? Neue Forschung identifiziert einen entscheidenden Grund
Eine Studie liefert neue Erkenntnisse zu dem grundlegenden Phänomen der mütterlichen Vererbung mitochondrialer DNA. Sie wurde von der Oregon Health & Science University (OHSU) und kooperierenden Einrichtungen durchgeführt; die Ergebnisse wurden in Nature Genetics veröffentlicht.
Mitochondriale DNA (mtDNA) ist der einzigartige genetische Code in den Mitochondrien einer Zelle und hauptsächlich für die Energieproduktion verantwortlich. Wissenschaftler wissen seit Langem, dass mtDNA ausschließlich über die Eizelle der Mutter weitergegeben wird und die Spermien des Vaters keine mitochondriale Erbinformation beisteuern. Der genaue Grund für diesen Mechanismus war jedoch umstritten.
Frühere Theorien gingen davon aus, dass die mtDNA der Spermien während der Befruchtung durch einen immunähnlichen Mechanismus nach dem Muster „suchen und zerstören“ entfernt wird. Die neue Studie zeigt eine grundlegendere Erklärung: Obwohl reife Spermien eine kleine Anzahl von Mitochondrien tragen, enthalten diese keine intakte mtDNA.
Die Forschenden stellten fest, dass Spermien weder intakte mtDNA noch den mitochondrialen Transkriptionsfaktor A (TFAM) besitzen, ein essenzielles Protein für die Erhaltung der mitochondrialen DNA. Daher können Spermien keine mitochondriale Erbinformation an die Nachkommen weitergeben.
Dr. Shoukhrat Mitalipov, Direktor des Center for Embryonic Cell and Gene Therapy der OHSU, erklärte: „Spermien bringen bei der Befruchtung zwar 100 Mitochondrien mit, tragen aber keine mtDNA.“
Das Team vermutet, dass dies mit der Biologie der Spermien zusammenhängt. Spermien benötigen beim Schwimmen zur Eizelle viel mitochondriale Energie, wodurch sich Mutationen in ihrer mtDNA ansammeln können. Eizellen sind dagegen während ihrer Entwicklung hauptsächlich auf umgebende Zellen als Energiequelle angewiesen und nutzen ihre eigenen Mitochondrien weniger, sodass ihre mtDNA relativ intakt bleibt.
Dr. Mitalipov merkte an: „Eizellen können teilweise deshalb eine hochwertigere mitochondriale DNA weitergeben, weil sie für ihre Energieversorgung nicht auf Mitochondrien angewiesen sind.“
Jedes Spermium trägt etwa 100 Mitochondrien, während eine Eizelle mehrere Hunderttausend enthalten kann. Da die mtDNA der Eizelle relativ mutationsfrei ist, gilt die ausschließliche mütterliche Vererbung als evolutionärer Vorteil, der das Risiko von mtDNA-bedingten Erkrankungen bei den Nachkommen verringern kann.
Mutationen der mitochondrialen DNA können potenziell tödliche Erkrankungen verursachen, die energieintensive Organe wie Herz, Muskeln und Gehirn betreffen. Um Müttern zu helfen, die Weitergabe bekannter mtDNA-Erkrankungen an ihre Kinder zu vermeiden, entwickelte Dr. Mitalipov die mitochondriale Ersatztherapie. Dabei wird mtDNA aus der Eizelle einer gesunden Spenderin bei der In-vitro-Fertilisation verwendet, um mutierte mtDNA zu ersetzen.
Obwohl der US-Kongress die Food and Drug Administration (FDA) derzeit daran hindert, klinische Studien mit dieser Technologie zu prüfen, wurden in Ländern wie dem Vereinigten Königreich und Griechenland Studien durchgeführt, um Erkrankungen vorzubeugen und Unfruchtbarkeit zu behandeln.
Die Entdeckung hat wichtige Auswirkungen auf die menschliche Fruchtbarkeit und Keimzelltherapien. Die Forschenden erklärten, dass ein Verständnis der Rolle von TFAM bei der Spermienreifung und Befruchtung wichtige Erkenntnisse für die Behandlung einiger Formen von Unfruchtbarkeit und die Verbesserung der assistierten Reproduktionstechnologie liefern könnte.
Nachrichten | Warum wird mitochondriale DNA nur von der Mutter vererbt? Neue Forschung identifiziert einen entscheidenden Grund
Nachrichten | Warum wird mitochondriale DNA nur von der Mutter vererbt? Neue Forschung identifiziert einen entscheidenden Grund
Eine Studie liefert neue Erkenntnisse zu dem grundlegenden Phänomen der mütterlichen Vererbung mitochondrialer DNA. Sie wurde von der Oregon Health & Science University (OHSU) und kooperierenden Einrichtungen durchgeführt; die Ergebnisse wurden in Nature Genetics veröffentlicht.
Mitochondriale DNA (mtDNA) ist der einzigartige genetische Code in den Mitochondrien einer Zelle und hauptsächlich für die Energieproduktion verantwortlich. Wissenschaftler wissen seit Langem, dass mtDNA ausschließlich über die Eizelle der Mutter weitergegeben wird und die Spermien des Vaters keine mitochondriale Erbinformation beisteuern. Der genaue Grund für diesen Mechanismus war jedoch umstritten.
Frühere Theorien gingen davon aus, dass die mtDNA der Spermien während der Befruchtung durch einen immunähnlichen Mechanismus nach dem Muster „suchen und zerstören“ entfernt wird. Die neue Studie zeigt eine grundlegendere Erklärung: Obwohl reife Spermien eine kleine Anzahl von Mitochondrien tragen, enthalten diese keine intakte mtDNA.
Die Forschenden stellten fest, dass Spermien weder intakte mtDNA noch den mitochondrialen Transkriptionsfaktor A (TFAM) besitzen, ein essenzielles Protein für die Erhaltung der mitochondrialen DNA. Daher können Spermien keine mitochondriale Erbinformation an die Nachkommen weitergeben.
Dr. Shoukhrat Mitalipov, Direktor des Center for Embryonic Cell and Gene Therapy der OHSU, erklärte: „Spermien bringen bei der Befruchtung zwar 100 Mitochondrien mit, tragen aber keine mtDNA.“
Das Team vermutet, dass dies mit der Biologie der Spermien zusammenhängt. Spermien benötigen beim Schwimmen zur Eizelle viel mitochondriale Energie, wodurch sich Mutationen in ihrer mtDNA ansammeln können. Eizellen sind dagegen während ihrer Entwicklung hauptsächlich auf umgebende Zellen als Energiequelle angewiesen und nutzen ihre eigenen Mitochondrien weniger, sodass ihre mtDNA relativ intakt bleibt.
Dr. Mitalipov merkte an: „Eizellen können teilweise deshalb eine hochwertigere mitochondriale DNA weitergeben, weil sie für ihre Energieversorgung nicht auf Mitochondrien angewiesen sind.“
Jedes Spermium trägt etwa 100 Mitochondrien, während eine Eizelle mehrere Hunderttausend enthalten kann. Da die mtDNA der Eizelle relativ mutationsfrei ist, gilt die ausschließliche mütterliche Vererbung als evolutionärer Vorteil, der das Risiko von mtDNA-bedingten Erkrankungen bei den Nachkommen verringern kann.
Mutationen der mitochondrialen DNA können potenziell tödliche Erkrankungen verursachen, die energieintensive Organe wie Herz, Muskeln und Gehirn betreffen. Um Müttern zu helfen, die Weitergabe bekannter mtDNA-Erkrankungen an ihre Kinder zu vermeiden, entwickelte Dr. Mitalipov die mitochondriale Ersatztherapie. Dabei wird mtDNA aus der Eizelle einer gesunden Spenderin bei der In-vitro-Fertilisation verwendet, um mutierte mtDNA zu ersetzen.
Obwohl der US-Kongress die Food and Drug Administration (FDA) derzeit daran hindert, klinische Studien mit dieser Technologie zu prüfen, wurden in Ländern wie dem Vereinigten Königreich und Griechenland Studien durchgeführt, um Erkrankungen vorzubeugen und Unfruchtbarkeit zu behandeln.
Die Entdeckung hat wichtige Auswirkungen auf die menschliche Fruchtbarkeit und Keimzelltherapien. Die Forschenden erklärten, dass ein Verständnis der Rolle von TFAM bei der Spermienreifung und Befruchtung wichtige Erkenntnisse für die Behandlung einiger Formen von Unfruchtbarkeit und die Verbesserung der assistierten Reproduktionstechnologie liefern könnte.
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Zusammengestellt aus Online-Quellen