چرا انتقال دی ان ای میتوکندری فقط از جانب سلول‌های مادری رخ می‌دهد؟

بستگان شما احتمالا همواره در مورد اینکه شما چقدر شبیه مادر یا پدرتان به نظر می‌رسید، صحبت می‌کنند. اما حقیقت این است با وجود اینکه که ممکن است شما چشم‌های خود را از پدرتان گرفته باشید، ولی بیشتر از ژن‌های پدری، شما ژن‌های مادر خود را دریافت می‌کنید.

 این مورد برای هر فردی روی کره‌ی زمین صادق است و دلیل آن نیز ساده است؛ اندامک‌های کوچکی به نام میتوکندری که داخل سلول‌های شما زیست می‌کنند، تنها توسط مادر انتقال پیدا می‌کنند و دانشمندان برای چندین دهه نمی‌توانستند پی ببرند که چرا این اتفاق می‌افتد.

 هم اکنون یک تیم از دانشگاه کلرادو بولدر باور دارند که نشانه‌ای را یافته‌اند که می‌تواند فقدان عجیب این ژن پدری را در بدن ما توضیح دهد. متخصص ژنتیک و محقق دینگ ژو (Ding Xue) در گفتگو با لورل هامرز (Laurel Hamers)  در پایگاه ساینس نیوز چنین گفت:

این یک راز بسیار دیرینه در زیست شناسی است، زیرا در بسیاری از موجودات زنده‌ی دیگر نیز تنها میتوکندری مادر به ارث رسیده است.

 میتوکندری چیزی است که شما نمی‌توانید بدون آن زندگی کنید، چرا که آنها به منزله‌ی کارخانه‌ی تولید انرژی برای سلول و مسئول تبدیل غذایی که می‌خورید به انرژی مورد نیاز برای عملکرد سلول‌هایتان هستند.

 از سویی میتو‌کندری‌ها به طور فوق‌العاده‌ای عجیب هستند. برپایه‌ی توضیح اکولوژیست مادلین بیکمن (Madeleine Beekman) از دانشگاه سیدنی استرالیا گفته می‌شود در زمانی حدود ۱.۵ یا ۲ میلیارد سال پیش، آنها در واقع به صورت موجودات آزاد زیست می‌کرده‌اند. بنابراین می‌توانیم بگوییم که همه‌ی اجزایی که اکنون در سلول‌های شما هستند، پیش از این نیز به صورت جداگانه دارای حیات بوده‌اند.

جد تمام میتوکندری‌ها گونه‌ای از باکتری است که توسط باکتری دیگری بلعیده شد و این موجود هیولامانند باعث پیدایش یوکاریوتها شد. یوکاریوت به هر ارگانیسمی اطلاق می‌شود که سلول‌های آن دارای هسته و اندامک‌های محصور در داخل غشاء است. پس می‌توان نتیجه گرفت که تمام گیاهان، حیوانات و قارچ‌هایی که امروزه‌ حیات دارند از این دسته هستند. بیکمن در بخش دیگری نیز اشاره می‌کند که:

 میتوکندری به دلیل داشتن تاریخ تکاملی به عنوان باکتری‌های آزاد، ژنوم مختص خود را به نام DNA میتوکندری و یا mtDNA حفظ کرده‌اند. هر سلول دارای کپی‌های بسیاری از mtDNA است و میتوکندری‌ها به طور آزاد داخل سلول تکثیر می‌شوند.

 ژو و تیم پژوهشی او رفتار میتوکندری را هنگامی که این اندامک از اسپرم یک گونه کرم به نام الگانس (Caenorhabditis elegans) به تخمک بارور منتقل می‌شد را مورد بررسی قرار دادند. آنها مشاهده کردند که میتوکندری‌های اسپرم از سمت داخل به خارج شکسته می‌شوند و این اتفاق باعث می‌شود تا آنها موقع انتقال به تخمک کاملا بی‌ثمر باشند. در ادامه مشخص شده است که نوعی پروتئین موجود در اسپرم به نام CPS-6  باعث جدا شدن DNA و میتوکندری از هم شده و همین امر باعث می‌شود تا میتوکندری ارایه شده کاملا بی‌ثمر باشد.

 فرایندی به نام اتوفاژی وجود دارد که بخش‌های ضعیف شده‌ی سلول را پاکسازی می‌کند تا مسیر را برای ورود نسخه‌های جدیدتر و سالم هموار کرده و در ادامه به جابجایی باقی‌مانده‌های میتوکندری پدری سلول‌های‌ جنینی کمک کند. در تصویر ترسیمی زیر یک نمای ساده را از ساختمان میتوکندری و رشته‌های DNA میتوکندری که موردشان بحث شد را می‌توانید مشاهده کنید.

 این گروه دریافتند هنگامی که DNA میتوکندری بیشتر از آن زمانی که باید درون جنین بماند، آنگاه احتمال مرگ آنها بیشتر خواهد شد و این امر نشان می‌دهد که پروتئین CPS-6  و فرآیند اتوفاژی با هم برای تضمین زنده بودن جنین تعامل دارند. آریل دوهیم‌راس (Duhaime-Ross) از پایگاه the verge نیز چنین گزارش می‌دهد:

محققان تصور می‌کنند که برای کرم‌های گرد و دیگر موجودات مانند انسان از نظر تکاملی سودمندی بیشتری دارد که DNA پدر اضافی را کنار بگذارند.

 البته این فرض تا زمانی که در انسان به طور قطعی مشاهده نشده است، نمی‌تواند با اثبات پذیرفته شود. اما بدن ما نیز یک پروتئین مشابه CPS-6  تولید می‌کند و آن ماده نقش مشابهی را که در روند اتوفاژی در این کرم‌ها دیده می‌شود، در انسان نیز بر عهده دارد. بنابراین می‌توان دریافت، احتمال اینکه چنین رویدادی در بدن انسان نیز به وقوع بپیوندد به مقدار قابل توجهی زیاد است.

اکنون پرسش اینجاست که چرا بدن باید میتوکندری پدری را از بین ببرد؟ محققان در حال حاضر از پاسخ این پرسش کاملا مطمئن نیستند، اما ژو این فرضیه را محتمل می‌داند که پتانسیل جهش بیشتری در میتوکندری‌های پدری نسبت به میتوکندری مادری وجود دارد و بنابراین در دیدگاه تکاملی، کنار گذاشتن آن و اجتناب از ادامه‌ی روندش به صرفه‌تر است. وی همچنین در گفتگو با راس به این نکته نیز اشاره کرد که:

 اگر DNA میتوکندری پدری جهش یافته است بی درنگ حذف نشوند، آنگاه در نسل‌های بعدی این امکان وجود دارد که جهش‌های ژنتیکی رفته رفته انباشته شوند. 

گفتنی است که دستاوردهای این مطالعه در ژورنال ساینس (Science) منتشر شده است.