ADN mitocondrial (mtDNA) este un tip de ADN situat în afara nucleului în porțiunea lichidă a celulei (citoplasmă) și în interiorul organelelor celulare numite mitocondrii. Mitocondriile se găsesc în toate celulele complexe sau eucariote, inclusiv plante, animale, ciuperci și protiste unicelulare, care conțin propriul genom mtDNA., La animalele cu coloană vertebrală sau vertebrate, mtDNA este o moleculă dublă catenară care formează un genom circular, care variază în mărime de la șaisprezece la optsprezece perechi de kilo-baze, în funcție de specie. Fiecare mitocondrion dintr-o celulă poate avea mai multe copii ale genomului mtDNA. La om, celula de ou matură sau ovocitul conține cel mai mare număr de mitocondrii dintre celulele umane, variind de la 100.000 la 600.000 de mitocondrii pe celulă, dar fiecare mitocondru conține o singură copie a mtDNA., În dezvoltarea embrionară umană, numărul de mitocondrii, conținutul de mtDNA în fiecare mitocondrion și activitatea ulterioară mtDNA afectează producerea ovocitelor, fertilizarea ovocitelor și creșterea și dezvoltarea embrionară timpurie.
mitocondriile au fost odată bacterii vii libere care au locuit în interiorul unei celule eucariote primitive în procesul numit endosimbioză. O mare parte din dovezile pentru revendicare se află în genomul mtDNA și genomul nuclear., Genomii co-au evoluat, iar controlul mitocondriilor implică schimbul de informații între nucleu și numeroasele copii ale mtDNA. În embrionul în curs de dezvoltare, nouăzeci și nouă la sută din mitocondrii și, prin urmare, mtDNA provin de la mamă. Mutațiile punctuale și ștergerile în mtDNA pot duce la boli mitocondriale grave de dezvoltare.în 1890, Richard Altmann, care a studiat bolile în Germania, a observat apariția mitocondriilor în multe tipuri diferite de celule animale și a remarcat că sunt similare cu bacteriile., Altmann a propus ca mitocondriile să fie particulele fundamentale ale vieții sau partea vie a celulei, iar în 1896 le-a numit bioblaste. În 1901, Carl Benda, un medic din Germania, a numit organelele mitocondriile din mitos grecesc, însemnând fir, și chondros, însemnând boabe.în 1963 Margit M. K. Nass și Sylvan Nass au publicat „fibre Intramitocondriale cu caracteristici ADN: I. Fixation și reacții de colorare Elewtron”, descriind ADN-ul în mitocondrii din embrioni de pui., Nass și Nass, care au lucrat la Institutul Wenner-Gren pentru Biologie Experimentală de la Universitatea din Stockholm, Suedia, au folosit un microscop electronic pentru a detecta ADN-ul în embrionii de pui. Lucrarea a furnizat dovezi timpurii că mitocondriile conțin ADN (mtDNA), susținând ipoteza că mitocondriile erau descendenți direcți ai bacteriilor., În 1967 de hârtie „la Originea Mitosing Celule”, Lynn (carl Sagan) Margulis a propus teoria de organismele care a susținut că organite, inclusiv mitocondrii, au fost odată gratuit-bacterii vii care au venit să locuiască în interiorul complex de celule de aproximativ două miliarde de ani în urmă.în anii 1960 și 1970, cercetătorii au investigat mtDNA prin utilizarea mitocondriilor de drojdie. În 1975, Peter L. Molloy, Anthony W. Limmane și H. B., Lukins a publicat o drojdie (Saccharomyces cerevisiae) mtDNA genome sequence map în „Biogeneza mitocondriilor: analiza Deleției markerilor mitocondriali de rezistență la antibiotice în mutanții Petite de Saccharomyces cerevisiae.”Secvența a fost un proiect dur al întregului genom mtDNA de drojdie. Din 1974 până în 1976, mai multe laboratoare au început să utilizeze enzime pentru a sparge ADN-ul în anumite locuri, o metodă numită analiză enzimatică de restricție. Utilizarea analizei enzimelor de restricție a dus la hărți mtDNA de drojdie și alte câteva specii, inclusiv oameni (Homo sapiens)., În 1981, grupul lui Fredrick Sanger din Cambridge, Anglia, a raportat o secvență completă a genomului mtDNA uman. Sanger a constatat că mtDNA circulară la vertebrate constă dintr-o fâșie ușoară și o fâșie grea. Ambele toroane sunt secvențe de codificare, iar procesul de replicare a ADN-ului are loc în ambele toroane simultan în direcții opuse. Echipa lui Sanger a descoperit, de asemenea, că mtDNA vertebrat este extrem de compact și conservat prin evoluție, deoarece majoritatea animalelor au seturi similare de gene mitocondriale., La vertebrate, codurile mtDNA pentru treizeci și șapte de produse genetice și treisprezece din codul genelor mtDNA pentru proteine. Douăzeci și două de adn mitocondrial gene codul de molecule care transporta blocurile de proteine (aminoacizi), numit RNAs de transfer (arnt), și două gene cod pentru structuri în cazul în care celulele asambla proteine, numite Arn ribozomal (arnr).
în ADN-ul animal, unele dintre genele proteice și ARNr sunt situate lângă o genă Tarn. Justin C. St., John de la Universitatea Monash din Melbourne, Australia, a raportat în 2010 că unele regiuni de codificare se suprapun, ceea ce înseamnă că o secvență de coduri mtDNA pentru mai multe produse. Singura regiune care nu codifică o proteină este bucla de deplasare (bucla D), care este organizată ca o structură triplă catenară care conține principala regiune de reglementare implicată în replicarea mtDNA. În schimb, drojdia mtDNA are secvențe care nu codifică între secvențele de codificare a proteinei și a genei mtRNA., cele treisprezece proteine codificate pentru in mtDNA sunt implicate în producerea a ceea ce celula utilizează ca energie, o moleculă numită adenozină-5′-trifosfat (ATP). Mitocondriile generează ATP într-un proces numit fosforilare oxidativă (OXFOS). Complexele mari de proteine OXPHOS necesită sute de proteine, dintre care treisprezece sunt codificate în mtDNA. ADN-ul din nucleul celulei (nDNA) codifică proteinele rămase. Sistemele specifice transportă proteinele în mitocondrii din citoplasmă. Transcrierea mtDNA este sub controlul genomului nuclear și mitocondrial., Genomul mtDNA și genomul nuclear lucrează împreună pentru a regla producția de energie, altfel pot apărea mai multe probleme în celulă care pot afecta întregul organism și pot duce la boli.cercetătorii au raportat pentru prima dată un pacient care suferă de o boală mitocondrială în 1959, cu câțiva ani înainte de a descoperi mtDNA. Pacienta era o femeie din Suedia care avea cea mai mare rată metabolică umană înregistrată atunci. Cercetătorii au declarat că problema pe care o avea legată de un defect în mitocondrii., Mitocondriile ei produceau energie sub formă de ATP și căldură; chiar și atunci când femeia era în repaus, ea ar transpira. Defectul mitocondrial, numit boala Luft după endocrinologul Rolf Luft, care la descris pentru prima dată în 1962, este una dintre cele mai rare dintre toate tulburările mitocondriale. în 1988, oamenii de știință au început să descrie mutații patogene în mtDNA. Cercetătorii au studiat mtDNA din 1963, dar oamenii de știință clinici nu i-au acordat prea multă atenție., În 1988, grupul lui Ian Holt de la Institutul de Neurologie din Londra, Marea Britanie, a identificat ștergeri pe scară largă de perechi de baze de mtDNA la pacienții cu boală musculară mitocondrială (miopatii). În același an, grupul lui Douglas Wallace de la școala de Medicină a Universității Emory din Atlanta, Georgia, a descris mutații în mtDNA într-o familie umană ai cărei membri aveau neuropatie optică ereditară Leber (LHON). LHON are ca rezultat degenerarea nervului optic și orbirea. Mutațiile din cadrul mtDNA se leagă de o serie de tulburări neurologice primare., Cu o prevalență de zece la o sută de mii de oameni, tulburările sunt una dintre cele mai frecvente tulburări neurologice moștenite. Bolile mitocondriale rezultă din substituțiile unei singure baze mtDNA, ștergerile uneia sau mai multor baze, rearanjarea secvențelor genetice și duplicarea genelor. Există sute de boli mitocondriale.oamenii moștenesc mitocondriile de la mamele lor și mtDNA prin ovocit. Într-un embrion feminin uman, primele ovocite primare se dezvoltă din celulele germinale primordiale de la două până la trei săptămâni în procesul de dezvoltare a embrionilor., După cum au raportat diverși oameni de știință, numărul mitocondriilor din ovocitul primar variază de la mai puțin de zece la două sute. Robert P. S. Jansen în 2000 articolul „Germline Trecerea de Mitocondrii: Considerații Cantitative și Posibil Embriologică Sechele” rapoarte mai puțin de zece mitocondriile pe om celule germinale primordiale. Cu toate acestea, până la nașterea copilului feminin, fiecare ovocit primar are aproximativ 10.000 de mitocondrii pe celulă. Există o altă creștere de zece ori a numărului mitocondrial în timpul creșterii și dezvoltării adulților., Pentru majoritatea mamiferelor feminine, ovocitul matur are de la 100.000 la 600.000 de mitocondrii. Cantitatea de mtDNA din fiecare mitocondrii din linia germinativă feminină este puțin mai mare mtDNA decât numărul mitocondriilor. Insuficiența ovariană este asociată cu epuizarea majoră a mtDNA în ovocit. la sfârșitul anilor 1990, Jacques Cohen de la Saint Barnabas Medical Center din Livingston, New Jersey, și colegii săi au investigat fenomenul insuficienței ovariene., Ei au transferat o cantitate mică de citoplasmă dintr-o celulă a unui donator care era fertil în ovocitele unei femei care a suferit mai multe runde de FIV fără succes. Procedura folosită de Cohen și colegii săi a devenit numită transfer ooplasmatic sau transfer citoplasmatic. Pe parcursul a patru ani, cel puțin treizeci de sugari s-au născut folosind această tehnică. O problemă cu transferul ooplasmic, pe care cercetătorii au remarcat-o, a fost că descendenții pot păstra mtDNA atât de la mamă, cât și de la donator. Amestecul de mtDNA, numit heteroplasmie, poate duce la boli mitocondriale., De exemplu, oamenii de știință au arătat cum șoarecii întâmpină probleme dacă mtDNA-ul lor normal se amestecă cu mtDNA diferit. În 2012, Mark S. Sharpley de la Universitatea din Pennsylvania din Philadelphia, Pennsylvania, și grupul său au publicat un studiu pe șoareci în care au generat șoareci cu amestecuri de diferite tulpini de mtDNA. Șoarecii cu amestecuri au avut un comportament și o cunoaștere anormală.oamenii de știință au corelat mutațiile mtDNA cu un număr tot mai mare de boli, iar în primele decenii ale secolului al XX-lea au existat puține tratamente pentru ameliorarea simptomelor., Transferul Nuclear este o tehnică alternativă pentru prevenirea bolii mitocondriale. Există mai multe tehnici de transfer nuclear. Aceste tehnici utilizează un ovocit donator cu mtDNA sănătos care are nucleul său eliminat. În 2010, grupul Helen Tuppen din Marea Britanie de la Universitatea Newcastle a transferat ovocite fertilizate la un ovocit donator care și-a îndepărtat nucleul., Un grup condus de Shoukhrat Mitalipov la Oregon Sănătate și Știință, Universitatea din Beaverton, Oregon, a folosit un oocitelor nefertilizate, eliminat nucleul, transferat la un nefertilizată ovocitului de un donator sănătos, și apoi fecundat ovulul cu spermatozoidul.în Statele Unite, US Food and Drug Administration (FDA) cu sediul în Silver Spring, Maryland, reglementează tehnologiile de reproducere, iar FDA trebuie să aprobe orice astfel de tehnici înainte de utilizarea ulterioară. Mitalipov al Grupului Oregon a depus o cerere în ianuarie 2012 pentru a utiliza procedurile de transfer nuclear., Autoritatea de fertilizare umană și Embriologie cu sediul în Londra, Marea Britanie, a considerat că permite terapia de substituție a mitocondriilor și a cerut opinia publică la începutul anului 2013.
