¿Qué es la herencia mitocondrial?
La herencia mitocondrial es la transmisión del ADN mitocondrial a través de los orgánulos llamados “mitocondrias”, y ocurre desde las madres a sus descendientes. Típicamente, la herencia ocurre solo de las mitocondrias maternas, de forma matrilineal.
Shiyu Luo y colaboradores, sin embargo, publicaron en enero de 2019 un artículo en el cual encontraron evidencia de que, en raras ocasiones, el ADN mitocondrial puede heredarse desde ambos parentales.
La mayoría del material genético de las células eucariotas se encuentra en el interior del núcleo celular. Sin embargo, una pequeña parte de ADN se encuentra en el interior de las mitocondrias.
El material genético en el interior de este orgánulo se conoce como ADN mitocondrial, el cual se organiza en un cromosoma circular, que en los mamíferos tiene un tamaño entre 16.000 y 16.800 pares de bases de longitud.
Se ha observado que las mutaciones en el ADN mitocondrial causan enfermedades severas en los individuos, y en la mayoría de los casos las enfermedades solo son heredadas de madres a hijos, cuando las mitocondrias maternas tienen mutaciones en su ADN.
Todas las mitocondrias de los descendientes provienen de un pequeño grupo de mitocondrias presentes en el óvulo cuando ocurre la formación del cigoto (fusión de óvulo y espermatozoide), por lo tanto, en la mayoría de los casos las mitocondrias del feto solo se heredan de su madre.
Fusión de gametos y transferencia de mitocondrias
Cuando ocurre la fecundación del óvulo (gameto femenino), el espermatozoide, o gameto masculino, contribuye con unas pocas mitocondrias al embrión en formación.
Esta contribución sucede al momento del contacto del espermatozoide con la membrana plasmática del óvulo, ya que ambas membranas se fusionan y el espermatozoide se interna en el citoplasma del óvulo, vaciando allí su contenido.
En la mayoría de los taxones del reino animal existe una “tendencia” hacia la herencia de forma clonal o uniparental de las mitocondrias y el ADN mitocondrial (casi siempre respecto a las madres). En algunas familias de animales existen mecanismos de destrucción para las mitocondrias paternas transmitidas por las células espermáticas.
El óvulo en los mamíferos posee cientos de mitocondrias, que representan cerca de 1/3 del ADN total que poseen estas células sexuales, mientras que el espermatozoide solo posee unas pocas en una región intermedia entre el flagelo y la cabeza.
Los óvulos humanos poseen más de 100.000 copias de ADN mitocondrial. El espermatozoide posee solo unas 100, pero la cantidad varía dependiendo de la especie.
Esto hace evidente que la gran mayoría de las mitocondrias en las células de los descendientes sean de transmisión materna. Por tanto, si las mitocondrias de los óvulos presentan mutaciones dañinas o deletéreas, dichas mutaciones serán transmitidas a sus descendientes.
Herencia mitocondrial biparental
El científico Hutchinson, en 1974, fue uno de los primeros en afirmar que la herencia de las mitocondrias ocurría de forma estrictamente materna (matrilineal). No obstante, a principios del siglo XX, otros investigadores observaron que en algunos mejillones la herencia mitocondrial no era estrictamente materna.
Más tarde, en 2008, esta observación en los mejillones fue designada un tipo de heteroplasmia, que hace referencia a la “fuga” de mitocondrias y de ADN mitocondrial paterno hacia los descendientes.
Muchas observaciones más identificaron que la presencia de las mitocondrias paternas y el ADN mitocondrial en los mejillones era algo natural.
Shiyu Luo y colaboradores identificaron a tres personas de tres familias humanas con heteroplasmia inusual del ADN mitocondrial. Estas heteroplasmias no podían explicarse por la descendencia del ADN mitocondrial materno, por lo que estos autores realizaron secuenciamiento de nueva generación al ADN mitocondrial de ambos padres y ambos abuelos de las tres personas.
De este modo, se identificó que la heteroplasmia inusual era producto de la contribución del ADN mitocondrial de ambos abuelos, la abuela y el abuelo. Además, los autores identificaron dos familias adicionales no emparentadas que presentaban transmisión mitocondrial biparental.
Esta investigación fue el primer reporte sobre herencia mitocondrial biparental en los seres humanos.
Luo sugiere que la heteroplasmia debida a transmisión de ADN mitocondrial paterno se pasa por alto en los diagnósticos cuando esta no causa ninguna enfermedad en los individuos que la portan.
Aplicaciones de la herencia mitocondrial
El ADN mitocondrial fue introducido en la genética de poblaciones, en la filogenia y en los estudios evolutivos por el doctor John C. Avise en 1979, y en la actualidad es una de las herramientas más poderosas para el estudio de la genética de poblaciones de todos los seres vivos.
Por medio del rastreo de la genealogía del ADN mitocondrial de los humanos, se ha realizado una inmensa cantidad de estudios genéticos para tratar de determinar con precisión el origen de la humanidad.
Incluso, con bases en el ADN mitocondrial materno, se ha determinado que todas las personas del mundo pueden ser clasificadas en alrededor de 40 grupos de haplotipos mitocondriales diferentes, relacionados estrechamente con distintas zonas geográficas del mundo.
Muchas casas comerciales, como Oxford Ancestor, ofrecen rastrear todos los ancestros de las personas utilizando la herencia del ADN mitocondrial.
El fundador de Oxford Ancestor, Bryan Sykes, utilizó el ADN mitocondrial para clasificar a todos los europeos dentro de clanes fundados por las Siete hijas de Eva. Este es el título de un libro de Sykes, donde comenta el intento de rastrear el origen de todos los europeos.
En su libro, Sykes sigue la herencia mitocondrial de todos los ciudadanos europeos mediante la secuenciación del ADN mitocondrial de miles de personas, ubicando el origen de todos los europeos en siete mujeres que existieron antes de la última glaciación, hace 45.000 años.
Patologías y prevenciones relacionadas con la herencia mitocondrial
Las mutaciones dañinas en los genes del ADN mitocondrial son causantes de múltiples enfermedades a nivel sistémico. Estas mutaciones pueden ser transmitidas por herencia mitocondrial a través de la madre y, en raras ocasiones, del padre.
Una mutación en el ADN mitocondrial puede provocar problemas debido a la ausencia o el daño de las enzimas implicadas en la respiración celular. Este daño conduce a una reducción en el suministro de ATP de las células, haciendo que funcionen mal los sistemas del cuerpo.
Sin embargo, en muchas ocasiones las personas heredan varios tipos de mitocondrias de sus madres, algunas funcionales y otras defectuosas. Por lo tanto, las mitocondrias con los genes funcionales pueden compensar el mal funcionamiento de las mitocondrias defectuosas.
En la actualidad, se realizan investigaciones para realizar transferencias de núcleos celulares que permitan tener hijos saludables a mujeres que sufren enfermedades a causa de las mutaciones dañinas en las mitocondrias.
El método para transferir núcleos consiste en extraer el núcleo celular del óvulo de la madre con las mitocondrias afectadas e introducirlo en óvulos donados normales, de los cuales se haya extraído el núcleo celular con anterioridad.
Posteriormente, el óvulo puede ser fecundado por espermatozoides de la pareja del paciente in vitro. Esta técnica ha generado controversias debido a que los fetos concebidos tendrían el ADN de tres progenitores diferentes.
Referencias
- Adam, M.P., Ardinger, H.H., Pagon, R.A., Wallace, S.E., Bean, L.J.H., Stephens, K., Amemiya, A. Mitochondrial Disorders Overview–GeneReviews®.
- Aiello, L.B., Chiatti, B.D. Primer in genetics and genomics, article 4—Inheritance patterns. Biological research for nursing.
- HUTCHISON III, C.A., Newbold, J.E., Potter, S.S., Edgell, M.H. Maternal inheritance of mammalian mitochondrial DNA. Nature.
- McWilliams, T.G., Suomalainen, A. Fate of a father’s mitochondria. Nature.
- Sutovsky, P. Cellular and Molecular Basis of Mitochondrial Inheritance. Springer.