DNA چیست؟ وبیماری های DNA

DNA میتوکندری چیست؟
میتوکندری ساختار درون سلول است که تبدیل انرژی از مواد غذایی را به یک فرم که سلول می توانید استفاده کنید. اگر چه بیشتر DNA در کروموزوم در هسته بسته بندی، میتوکندری نیز مقدار کمی از DNA خود را دارند. این مواد ژنتیکی DNA میتوکندری به عنوان یا mtDNA شناخته شده است. در انسان، DNA میتوکندری دهانه حدود 16500 بلوک های ساختمان DNA (جفت باز)، به نمایندگی از بخش کوچکی از کل DNA در سلول های.
  
میتوکندری DNA حاوی ژن 37، همه از آن برای عملکرد میتوکندری طبیعی ضروری است. سیزده از این ژن دستورالعمل برای ساخت آنزیم های دخیل در فسفوریلاسیون اکسیداتیو فراهم می کند. فسفوریلاسیون اکسیداتیو، یک فرایند است که با استفاده از اکسیژن و قند ساده برای ایجاد آدنوزین تری فسفات (ATP)، منبع اصلی انرژی سلول است. ژن باقی مانده دستورالعمل برای ساخت مولکول های RNA به نام انتقال (tRNA بحث خواهیم) و RNA ریبوزومی (rRNA)، که عموزاده شیمیایی DNA هستند. این نوع از RNA کمک جمع آوری بلوک های ساختمان پروتئین (اسیدهای آمینه) را به پروتئین عملکرد.

ژن میتوکندری در میان تخمین زده 20،000 تا 25،000 کل ژن در ژنوم انسان هستند.

چگونه تغییرات در DNA میتوکندری مربوط به شرایط بهداشتی هستند؟
بسیاری از شرایط ژنتیکی به تغییر در ژن میتوکندری خاص مرتبط است. این فهرست بیماریها و اختلالات مرتبط با ژن میتوکندری لینک به اطلاعات اضافی فراهم می کند.

در شرایط زیر به تغییرات در ساختار DNA میتوکندری مرتبط است.

سرطان

    DNA میتوکندری در معرض ابتلا به جهش سوماتیک، که یک نوع از جهش noninherited است. جهش سوماتیک در DNA سلول های خاص در طول عمر یک فرد رخ می دهد و به طور معمول به نسل های آینده منتقل می شود نیست. شواهد اندکی ارتباط جهش سوماتیک در DNA میتوکندری با برخی سرطانها، از جمله پستان، روده بزرگ، معده، کبد، و تومورهای کلیه وجود دارد. این جهش نیز ممکن است مبتلا به سرطان بافت تشکیل دهنده خون (لوسمی) و سرطان سلول های سیستم ایمنی بدن (لنفوم) همراه است.

    این امکان وجود دارد که جهش سوماتیک در DNA میتوکندری افزایش تولید از مولکول های بالقوه مضر به نام گونه های اکسیژن فعال. میتوکندری DNA است که به ویژه به اثرات این مولکول آسیب پذیر است توانایی محدودی در خود تعمیر و. در نتیجه، گونه های اکسیژن فعال به راحتی آسیب DNA میتوکندری، باعث ایجاد جهش سوماتیک اضافی. محققان در حال تحقیق در مورد چگونگی این جهش ها را می توان به تقسیم سلولی کنترل نشده و رشد تومورهای سرطانی در ارتباط است.
سندرم استفراغ حلقوی

     برخی از موارد سندرم استفراغ چرخهای، به ویژه آنهایی که در دوران کودکی شروع شود، ممکن است به تغییرات در DNA میتوکندری مرتبط است. این اختلال باعث دوره های عود تهوع، استفراغ، خستگی و (ضعف). برخی از تغییرات ژنتیکی را تغییر می دهد بلوک های ساختمان DNA تک (نوکلئوتید)، در حالی که دیگران تنظیم مجدد بخش بزرگتری از DNA میتوکندری. این تغییرات به احتمال زیاد لطمه توانایی میتوکندری برای تولید انرژی. محققان بر این باورند که میتوکندری اختلال ممکن است سلول های خاصی از سیستم عصبی خودکار است، که بخشی از سیستم عصبی است که کنترل توابع غیر ارادی بدن مانند ضربان قلب، فشار خون، و هضم تاثیر می گذارد. با این حال، هنوز معلوم نیست که چگونه این تغییرات می تواند علت باعث دوره های عود مشخصه سندرم استفراغ چرخهای.

کمبود ج سیتوکروم اکسیداز

    جهش در حداقل سه ژن میتوکندری می تواند کمبود سیتوکروم c oxidase و (همچنین به عنوان کمبود IV پیچیده شناخته می شود)، که یک بیماری است که می تواند چندین قسمت از بدن، از جمله عضلات مورد استفاده برای جنبش (عضلات مخطط)، قلب، تحت تاثیر قرار است باعث مغز، و یا کبد است.

سندرم کرنز-Sayre

     اغلب افراد مبتلا به سندرم کرنز-Sayre یک تک، حذف زیادی از DNA میتوکندری.حذف از محدوده 1000 تا 10000 نوکلئوتید و حذف شایع ترین 4،997 نوکلئوتید است. سندرم کرنز-Sayre در درجه اول بر چشم، باعث ضعف عضلات چشم (چشمی) و شکست از بافت حساس به نور در پشت چشم (رتینوپاتی).حذف DNA میتوکندری در از دست دادن ژن هایی است که پروتئین های مورد نیاز برای فسفوریلاسیون اکسیداتیو تولید منجر شود، باعث کاهش تولید انرژی سلولی. محققان مشخص نیست که چگونه این حذف منجر به علائم و نشانه های سندرم کرنز-Sayre خاص، اگر چه ویژگی های از وضعیت احتمالا به عدم انرژی سلولی مرتبط است. پیشنهاد شده است که چشم معمولا توسط نقص میتوکندری را تحت تاثیر قرار چرا که آنها به ویژه وابسته به میتوکندری برای تولید انرژی هستند.

    ژن میتوکندری مرتبط با کمبود اکسیداز سیتوکروم c دستورالعمل برای ساخت پروتئین زیرواحد که بخشی از یک مجتمع آنزیم سیتوکروم اکسیداز بزرگ به نام C (همچنین به عنوان IV پیچیده شناخته می شود) فراهم می کند. سیتوکروم c oxidase و مسئول آخرین مرحله در فسفوریلاسیون اکسیداتیو قبل از نسل ATP است. جهش DNA میتوکندری که باعث این وضعیت را تغییر دهد پروتئین زیرواحد که سیتوکروم c oxidase و را تشکیل می دهند. در نتیجه، سیتوکروم c oxidase و نمی تواند کار کند. عدم عملکرد اکسیداز سیتوکروم c را مختل آخرین مرحله از فسفوریلاسیون اکسیداتیو، باعث کاهش تولید ATP. محققان بر این باورند که اختلال فسفوریلاسیون اکسیداتیو می تواند به مرگ سلولی در بافتهای که نیاز به مقدار زیادی از انرژی، مانند مغز، عضلات و قلب منجر شود.

 ارثی نوروپاتی نوری
    جهش در چهار ژن میتوکندری، MT-ND1، MT-ND4، MT-ND4L و MT-ND6، در افراد مبتلا به نوروپاتی نوری Leber ارثی شناخته شده است. این ژن دستورالعمل برای ساخت پروتئین هستند که بخشی از یک مجتمع بزرگ آنزیم فراهم می کند. این آنزیم، شناخته شده به عنوان I پیچیده، لازم است برای فسفوریلاسیون اکسیداتیو است. جهش مسئول Leber نوری ارثی تغییر نوروپاتی اسیدهای آمینه تنها در این پروتئین ها، که ممکن است نسل از ATP در میتوکندری تاثیر می گذارد. با این حال، هنوز معلوم نیست که چرا اثرات این جهش اغلب به عصب که رله اطلاعات بصری از چشم به مغز (عصب بینایی) محدود شده است. عوامل ژنتیکی و محیطی اضافی احتمالا به از دست دادن بینایی و مشکلات پزشکی مربوط به Leber نوروپاتی نوری ارثی کمک می کند.
سندرم لی

    جهش در یک ژن های مختلفی میتوکندری می تواند سندرم لی، که یک اختلال پیشرونده مغزی است که معمولا در دوران کودکی و یا اوایل دوران کودکی ظاهر می شود می شود. کودکان مبتلا ممکن است با تاخیر توسعه، ضعف عضلانی، مشکلات با جنبش، یا اشکال در تنفس را تجربه کنند.

    برخی از ژنهای مرتبط با سندرم لی دستورالعمل برای ساخت پروتئین هستند که بخشی از مجتمع های بزرگ آنزیم لازم برای فسفوریلاسیون اکسیداتیو فراهم می کند. به عنوان مثال، ژن میتوکندری اغلب جهش یافته در سندرم لی، MT-ATP6، دستورالعمل برای یک پروتئین را تشکیل می دهد بخشی از V پیچیده، یک آنزیم مهم در فسفوریلاسیون اکسیداتیو است که به تولید ATP در میتوکندری را فراهم می کند. ژن دیگر دستورالعمل برای ساخت مولکول tRNA بحث خواهیم که برای تولید پروتئین در میتوکندری ضروری هستند. بسیاری از این پروتئین نقش مهمی در فسفوریلاسیون اکسیداتیو بازی کند. جهش های ژن میتوکندری که باعث لی مختل سندرم فسفوریلاسیون اکسیداتیو. در حالی که مکانیسم نامشخص است، تصور این است که اختلال در فسفوریلاسیون اکسیداتیو می تواند به مرگ سلولی در بافت های حساس منجر شود، که ممکن است علائم و نشانه های سندرم لی شود.

دیابت مادری به ارث برده و ناشنوایی

    جهش در حداقل سه ژن میتوکندری، MT-TL1، MT-TK، و MT-TE، می تواند به دیابت میتوکندری و ناشنوایی (کلاس ج) شود. افراد مبتلا به این بیماری مبتلا به دیابت و گاهی اوقات از دست دادن شنوایی، به ویژه از زنگ های بالا است. ژن MT-TE MT-TL1، MT-TK، و دستور ساختن مولکول tRNA بحث خواهیم که برای تولید پروتئین در میتوکندری ضروری هستند. در سلول های خاص در لوزالمعده (سلولهای بتا)، میتوکندری کمک سطح قند خون مانیتور. در پاسخ به سطوح بالایی از قند، میتوکندری کمک باعث آزاد شدن هورمونی به نام انسولین، که کنترل سطح قند خون. MT-TL1، MT-TK، و جهش های ژن MT-TE مرتبط با کلاس ج تولید پروتئین آهسته در میتوکندری و اختلال در عملکرد آنها. محققان بر این باورند که اختلال در عملکرد میتوکندری کاهش می دهد توانایی میتوکندری برای کمک به ترشح انسولین ماشه. در افراد مبتلا به کلاس ج، دیابت نتایج: از شماره هنگامی که سلولهای بتا انجام انسولین کافی برای تنظیم قند خون موثر تولید نمی کند. محققان مشخص نیست که چگونه جهش در این ژن منجر به از دست دادن شنوایی است.
پیچیده میتوکندری کمبود III

    جهش در ژن MT-CYB موجود در DNA میتوکندری می تواند پیچیده میتوکندری باعث کمبود III. هنگامی که بر اثر جهش در این ژن ایجاد می شود، بیماری معمولا با ضعف عضلانی (میوپاتی) و درد، به خصوص در ورزش (عدم تحمل ورزش). بیشتر افراد مبتلا به شدت ممکن است مشکلاتی با سیستم بدن دیگر، از جمله کبد، کلیه ها، قلب، و مغز داشته باشد.

    ژن MT-CYB دستورالعمل برای ساخت یک پروتئین به نام سیتوکروم ب فراهم می کند. این پروتئین یکی از اجزای پیچیده III، یکی از چندین مجتمع که انجام فسفوریلاسیون اکسیداتیو است. اکثر جهش های ژن MT-CYB در پروتئین B سیتوکروم که در میتوکندری پیچیده III تغییر کمبود اسیدهای آمینه یک یا منجر به پروتئین غیر طبیعی کوتاه است. این تغییرات سیتوکروم ب مختل تشکیل کمپلکس III، به شدت کاهش فعالیت و اکسیداتیو فسفوریلاسیون پیچیده است. صدمه به عضلات اسکلتی و یا سایر بافت ها و اندام های ناشی از کمبود انرژی سلولی منجر به ویژگی های کمبود میتوکندری پیچیده III.
encephalomyopathy میتوکندری، اسیدوز لاکتیک، و قسمت مانند سکته مغزی

    جهش در حداقل پنج ژن میتوکندری، MT-ND1، MT-ND5، MT-TH، MT-TL1، و MT-TV، می تواند از ویژگیهای encephalomyopathy میتوکندری، اسیدوز لاکتیک، و قسمت مانند سکته مغزی (MELAS) شود. برخی از این ژن را فراهم دستورالعمل برای ساخت پروتئین هستند که بخشی از یک مجتمع آنزیم بزرگ، به نام من پیچیده، که لازم است برای فسفوریلاسیون اکسیداتیو است. ژن دیگر دستورالعمل برای ساخت مولکول tRNA بحث خواهیم که برای تولید پروتئین در میتوکندری ضروری هستند.

    یک جهش خاص در ژن MT-TL1 باعث می شود بیش از 80 درصد از تمام موارد MELAS. این جهش، نوشته شده است به عنوان A3243G، جایگزین آدنین نوکلئوتید گوانین با نوکلئوتید در موقعیت 3243 در ژن MT-TL1.

    جهش که باعث MELAS لطمه توانایی میتوکندری را به پروتئین ها، استفاده از اکسیژن و تولید انرژی است. محققان چگونه تغییرات در DNA میتوکندری سرب به علائم و نشانه های MELAS خاص مشخص نیست. آنها در ادامه به بررسی اثرات جهش ژن میتوکندری در بافت های مختلف، به خصوص در مغز می شود.
صرع میوکلونیک با الیاف پاره پاره قرمز

    جهش در حداقل چهار ژن میتوکندری، MT-TK، MT-TL1، MT-TH، و MT-TS1، می تواند علائم و نشانه های صرع میوکلونیک با الیاف پاره پاره قرمز (MERRF) شود. این ژن دستورالعمل برای ساخت مولکول tRNA بحث خواهیم که برای تولید پروتئین در میتوکندری ضروری هستند.

    یک جهش خاص در ژن MT-TK باعث می شود بیش از 80 درصد از تمام موارد MERRF. این جهش، نوشته شده است به عنوان A8344G، جایگزین آدنین نوکلئوتید گوانین با نوکلئوتید در موقعیت 8،344 در ژن MT-TK.

    جهش در MT-TK، ژن MT-TL1، MT-TH، و MT-TS1 لطمه توانایی میتوکندری را به پروتئین ها، استفاده از اکسیژن و تولید انرژی است. هنوز مشخص نیست که چگونه جهش در این ژن منجر به مشکلات عضلانی و ویژگی های عصبی از MERRF.
نوروپاتی، عدم تعادل، و نارسایی پیگمانته

    جهش در یک ژن میتوکندری، MT-ATP6، در افراد مبتلا به نوروپاتی، عدم تعادل، و پیگمانته شبکیه (NARP) یافت شده است. ژن MT-ATP6 دستورالعمل برای ساخت یک پروتئین است که برای عملکرد میتوکندری ضروری را فراهم می کند. این پروتئین به شکل یک بخش (زیر واحد) از آنزیمی به نام ATP سنتاز. این آنزیم، که همچنین به عنوان شناخته شده پیچیده V، مسئول برای آخرین مرحله از فسفوریلاسیون اکسیداتیو، که در آن یک مولکول به نام آدنوزین دی فسفات (ADP) به ATP تبدیل می شود. جهش در ژن MT-ATP6 تغییر ساختار یا عملکرد ATP سنتاز، کاهش توانایی میتوکندری را به ATP. مشخص نیست که چگونه این اختلال در تولید انرژی میتوکندری منجر به ضعف عضلانی، از دست دادن بینایی، و از سوی دیگر ویژگی های خاص NARP.
ناشنوایی غیر سندرمی

    جهش در دو ژن میتوکندری، MT-RNR1 و MT-TS1، ناشنوایی غیر سندرمی با (از دست دادن شنوایی بدون علائم و نشانه های مرتبط با تاثیر بر دیگر قسمت های بدن) همراه است. این ژن دستورالعمل برای ساخت انواع مختلف RNA ارائه می کنند. ژن MT-RNR1 دستورالعمل برای یک نوع خاص از RNA ریبوزومی 12S RNA به نام فراهم می کند. شکل خاصی از tRNA بحث خواهیم، ​​به عنوان tRNASer (UCN) است، از ژن MT-TS1 شکل گرفته است. هر دو از این مولکول های RNA کمک مونتاژ کردن اسیدهای آمینه به طول کامل، عملکرد پروتئین در میتوکندری است.

    جهش در ژن MT-RNR1 خطر از دست دادن شنوایی، به خصوص در افرادی که داروهای آنتی بیوتیک تجویز نام آمینوگلیکوزیدها را افزایش می دهد. این آنتی بیوتیک ها به طور معمول برای درمان عفونتهای باکتریایی کشنده و مزمن مانند سل استفاده می شود. آمینوگلیکوزیدها با اتصال به RNA ریبوزومی و برهم زدن توانایی باکتری را به پروتئین های باکتری را بکشند. تغییرات ژنتیکی شایع در ژن MT-RNR1 می توانید 12S RNA را در سلول های انسانی شبیه به RNA ریبوزومی باکتریایی است. در نتیجه، آمینوگلیکوزیدها می تواند هدف قرار دادن تغییر 12S RNA فقط به عنوان آنها را مورد هدف قرار RNA ریبوزومی باکتریایی است. آنتی بیوتیک به راحتی به 12S RNA های غیر طبیعی، که توانایی میتوکندری برای تولید پروتئین های مورد نیاز برای فسفوریلاسیون اکسیداتیو را مختل متصل می شود. محققان بر این باورند که این اثر ناخواسته از آمینوگلیکوزیدها ممکن است مقدار ATP تولید شده در میتوکندری را کاهش دهد، افزایش تولید محصولات جانبی مضر، و در نهایت باعث می شود که سلول را به خود تخریبی (تحت آپوپتوز).

    ناشنوایی غیر سندرمی نیز از تغییرات ژنتیکی در ژن MT-TS1 نتایج: از شماره. بسیاری از جهش تغییر یک بلوک ساختمان (نوکلئوتید) در tRNASer (UCN) مولکول. این جهش به احتمال زیاد مختل تولید طبیعی از مولکول یا تغییر ساختار آن است. به عنوان یک نتیجه، کمتر tRNASer (UCN) در دسترس است که جمع آوری پروتئین در میتوکندری است. این تغییرات کاهش تولید پروتئین مورد نیاز برای فسفوریلاسیون اکسیداتیو، که ممکن است توانایی میتوکندری را به ATP را مختل کنند.

    محققان مشخص نیست که چرا اثرات جهش در ژن MT-RNR1 و MT-TS1 معمولا به سلول در گوش داخلی که برای شنوایی ضروری است محدود شده است. آنها اعتقاد دارند که دیگر عوامل ژنتیکی یا محیطی باید نقش در علائم و نشانه های مرتبط با این جهش را بازی کند.

سندرم مغز پانکراس پیرسون

    همانطور که در سندرم کرنز-Sayre (در بالا توضیح داده)، حذف DNA میتوکندری موجب سندرم مغز پانکراس پیرسون. این حالت بسیار شدیدتر بر توسعه سلول های خون و عملکرد لوزالمعده و دیگر اعضای بدن است. آن است که اغلب در دوران کودکی و یا اوایل دوران کودکی کشنده است. اندازه و محل حذف DNA میتوکندری متفاوت است، معمولا در محدوده 1000 تا 10000 نوکلئوتید. حدود 20 درصد از افراد مبتلا به یک حذف 4997 نوکلئوتید. این تغییر ژنتیکی در سندرم کرنز-Sayre نیز شایع است. از دست دادن DNA میتوکندری باعث اختلال در فسفوریلاسیون اکسیداتیو، که باعث کاهش انرژی در دسترس به سلول. با این حال، معلوم نیست که چگونه میتوکندری DNA منجر به حذف علائم خاص و نشانه های سندرم مغز پانکراس پیرسون.

    این مشخص نیست که چرا حذف مشابه می تواند در علائم و نشانه های متفاوت شود. محققان نشان می دهد که بافت است که در آن حذف DNA میتوکندری یافت که ویژگی های تعیین توسعه. برخی از افراد مبتلا به سندرم مغز پانکراس پیرسون که گذشته در اوایل دوران کودکی زنده ماندن علائم و نشانه های سندرم کرنز-Sayre بعد از آن در زندگی است.

چشمی خارجی مترقی

    حذف DNA میتوکندری و یا جهش می تواند در یک حالت چشم به نام چشمی خارجی مترقی دخالت دارند. این اختلال را تضعیف ماهیچه هایی است که کنترل حرکات چشم و پلک ها باعث می شود که به افتادگی (پتوز). برخی از افراد با چشمی خارجی مترقی یک تک، حذف زیادی از DNA میتوکندری. حذف شایع ترین 4،997 نوکلئوتید است، همانطور که در سندرم کرنز-Sayre (در بالا توضیح داده). مردم دیگر با شرایط یک جهش در ژن میتوکندری MT-TL1. این ژن دستورالعمل برای ساخت tRNA بحث خواهیم خاص به نام tRNALeu (UUR) فراهم می کند. این tRNA بحث خواهیم فقط در میتوکندری یافت و در مونتاژ پروتئین که انجام فسفوریلاسیون اکسیداتیو مهم است.

    جهش A3243G (در بالا توضیح داده) است، که تغییر ژنتیکی همان است که با MELAS همراه است، علت نسبتا شایع چشمی از خارجی مترقی است. مشخص نیست که چگونه همان جهش در ژن MT-TL1 می تواند در علائم و نشانه های متفاوت شود. جهش در ژن را مختل MT-TL1 توانایی میتوکندری را به پروتئین ها، استفاده از اکسیژن و تولید انرژی، اگر چه محققان مشخص نیست که چگونه این جهش منجر به علائم و نشانه های چشمی خارجی مترقی خاص.اختلالات دیگر

    تغییرات به ارث برده در DNA میتوکندری می تواند مشکلات با رشد، توسعه، و عملکرد سیستم های بدن می شود. این جهش از توانایی میتوکندری برای تولید انرژی برای سلول کارآمد. شرایط ناشی از جهش در DNA میتوکندری اغلب شامل سیستم های مختلف بدن. اثرات این شرایط در اندام ها و بافت با الزامات بالا انرژی (مانند قلب، مغز و ماهیچه ها) تلفظ می شود. اگر چه پیامدهای بهداشتی جهش DNA میتوکندری به ارث برده به طور گسترده ای متفاوت است، برخی از ویژگی های اغلب مشاهده شامل ضعف عضلانی و از هدر رفتن، مشکلات با جنبش، دیابت، نارسایی کلیه، بیماری های قلبی، از دست دادن توابع معنوی (زوال عقل)، از دست دادن شنوایی، و اختلالات مربوط به چشم و چشم انداز.

    بسیاری از سلولهای بدن حاوی هزاران میتوکندری، هر کدام با یک یا چند نسخه از DNA میتوکندری. این سلول ها می توانند ترکیبی از میتوکندری DNA حاوی جهش یافته و unmutated (heteroplasmy) داشته باشد. شدت بسیاری از اختلالات میتوکندری تصور می شود که با درصد میتوکندری با یک تغییر ژنتیکی خاص در ارتباط باشد.

    افزایش تجمع جهش سوماتیک در DNA میتوکندری شده است با افزایش خطر ابتلا به بعضی از اختلالات وابسته به سن مانند بیماری های قلبی، بیماری آلزایمر و بیماری پارکینسون در ارتباط است. علاوه بر این، تحقیقات نشان می دهد که تجمع مترقی از این جهش بیش از طول عمر یک فرد ممکن است نقشی در روند نرمال پیری بازی کند.