Simposio: la mitocondria y la concepción humana
Degradación de la mitocondria paterna después de la fecundación: implicaciones para la heteroplasmia, tecnologías de reproducción asistida y la herencia de adnmt
¿Cómo es la herencia maternal de la mitocondria y DEL ADNMT EN mamíferos asegurada, y para qué sirve?
Las mitocondrias son los únicos organelas que tienen su propio genoma funcional. En contraste con el genoma nuclear y el genoma mitocondrial codifica sólo un número limitado de genes e incluso la mayoría de las proteínas estructurales de las mitocondrias son los productos de la expresión génica nuclear. Además, el adnmt no es objeto de protección por las histonas, o un mecanismo de reparación del ADN altamente eficiente visto en el núcleo. Esto probablemente contribuye a la alta tasa de mutación del genoma mitocondrial y, como se verá más adelante, puede ser una de las razones por las que las mitocondrias paternas, expuestos a posibles mutágenos en ruta hacia el óvulo, no deberían contribuir para el gen mitocondrial descubierta de un huevo fertilizado o embrión. Además, parece que algunos espermatozoides humanos pueden haber perdido toda su adnmt a través de la degradación. De ello se deduce que el modo de herencia uniparental materna de genes mitocondriales prevalece en células eucariotas animales, e incluso en muchas. Notables excepciones entre los incluyen determinadas familias de mejillones (Mytilidae) en el que la recombinación de ADN materna y paterna ha sido también propuesto, trematodos, las abejas, aves y murid cruces interespecíficos. La herencia materna del ADN mitocondrial en mamíferos, lo que hizo posible desarrollar herramientas estándar para el seguimiento evolutivo de los relojes en taxonomía y evolución, ha sido considerada durante mucho tiempo como una gran paradoja de la biología del desarrollo. Confusión en cuanto a la suerte de las mitocondrias de los espermatozoides durante y después de la fertilización, aún está siendo impulsado por la ciencia popular y de algunos libros de texto de biología general. Sin embargo, los datos de investigaciones que se remontan hasta 1960 demuestran claramente que en la mayoría de los mamíferos, las mitocondrias paternas transmitidas por el espermatozoide entran en el citoplasma del ovocito en la fertilización. Hay varias explicaciones posibles de por qué sería un desarrollo evolutivo y/o ventaja para un embrión para eliminar toda la patria, espermatozoides DERIVADOS DEL ADNMT. En primer lugar, el nivel y el rigor del control de la calidad de gametos difiere entre el ovario y el testículo. En el testículo, mecanismos de apoptosis funcionan para reducir el número de células germinales, y posiblemente podría eliminar algunos de los gametos defectuosos (Sinha y Hikkim Sverdloff, 1999). Esto podría verse favorecida por el control de calidad en el epidídimo, donde algunos de los espermatozoides defectuosos parecen ser eliminada (por ej. Axnér et al., 1999; Sutovsky et al., 2001). Sin embargo, la mayoría de los espermatozoides defectuosos pasan al eyacular y algunos pueden todavía escapar obstáculos naturales/filtros encontradas en el cuello uterino, el útero y oviductos (revisada por Suárez, 2002). Contrariamente a tales bastante relajado el control de la calidad de espermatozoides y pre-mecanismos de selección, sólo un puñado de células del ovario perinatal cohorte de oogonia hacer el corte final y ser ovulado (revisada por Matzuk et al., 2002). La mayoría de las mujeres las células germinales sufren la muerte celular programada (Tilly, 2001), que, entre otros factores podrían ser el resultado de un cuello de botella genético, estrictamente la preselección sólo los más aptos los óvulos con menos adnmt mutado para ser ovulado (Perez et al., 2000; Shoubridge, 2000). Si bien la existencia de cuellos de botella genéticos ha sido controvertida, es cierto que los miles de mitocondrias encontrado totalmente crecido de ovocitos
proceden de menos de 10 mitocondrias encontrados en células germinales primordiales (Birky, 2001). Una alternativa a los cuellos de botella del ovocito hipótesis es la posibilidad de que la segregación de adnmt es un proceso de varios pasos, no se limita a un solo momento durante la vida de células germinales (Smith et al., 2002). Una razón adicional para que la erradicación completa de genes mitocondriales paterna en el huevo fertilizado es la agresiva, infiltración leucocitaria entorno encuentro espermatozoides durante la maduración en el epidídimo, después de la descarga en el tracto reproductivo femenino y durante el transporte a través de ella. Este ambiente es propicio para la producción de especies reactivas del oxígeno, cree que contribuyen a la alta tasa de adnmt mutaciones en los espermatozoides (revisada por Aitken et al., 1998; Agarwal et al., 2003). Se ha demostrado recientemente que el óvulo de los mamíferos no tienen la capacidad para discriminar contra extranjeros, mutó genomas mitocondriales derivados de células somáticas (Rinaudo et al., 1999; Inoue et al., 2000). Una razón adicional para que degradan rápidamente las mitocondrias de espermatozoides puede ser la presencia de una carga potencialmente anti-proliferativos de proteínas mitocondriales. Como se verá más adelante, algunas proteínas de la membrana mitocondrial, especialmente prohibitin (Nuell et al., 1991), tienen distintas propiedades antiproliferativa que probablemente sería incompatible con la rápida sucesión de mitosis embrionaria después de la fecundación. Por tanto, no es sorprendente que prohibitin parece ser modificado por ubiquitina incluso antes de entrar en el ooplasma oscuro (Thompson et al., 2003), y que también estaba implicado, junto con ubiquitina, en el control de la herencia mitocondrial en levaduras de gemación (Berger y Yaffe, 1998; Fisk y Yaffe, 1999).
La degradación selectiva de las mitocondrias de espermatozoides después de la fertilización
Antes de hablar de destrucción selectiva de los espermatozoides mitocondrias, deberían tenerse en cuenta otros factores que podrían provocar la desaparición de genes mitocondriales paterna de la preimplantación de embriones de mamíferos. Estos incluyen un efecto de dilución (habría unos 1000 ejemplares de ovocito adnmt derivada para cada uno derivado de espermatozoides en un óvulo fertilizado recientemente; y Smith, 1993; Shoubridge Alcívar, 2000), y la posibilidad de que el óvulo pueden excluir o expulsar a la cola de los espermatozoides con la mitocondria durante la fertilización, como se documenta en el hámster chino (Pickworth et al., 1968). La dilución teoría podría explicar la falta de detección de adnmt paterno observada en algunos estudios anteriores, antes de la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) se perfeccionaron las técnicas. Con el advenimiento de la larga y técnicas de PCR anidada, la sensibilidad de detección de adnmt ahora parece suficiente para identificar relaciones adnmt en concentraciones inferiores a la propuesta 103 factor de dilución (San Juan, 2002). También se propuso que algunos espermatozoides mitocondrias y el adnmt se desvíen hacia extraembryonic tejidos y participar en la determinación de la suerte de células embrionarias (San Juan, 2002). Numerosos estudios ultraestructurales documenta en detalle la suerte de las mitocondrias de los espermatozoides después de la fecundación, mostrando la pérdida de sus cristae, hinchazón y desintegración progresiva dentro de los dos primeros ciclos celulares en roedores, ungulados y primates cigotos. Tal eliminación activa de las mitocondrias paternas no sólo ha sido documentada en mamíferos (Szöllösi, 1965; Hiraoka y Hirao, 1988; Sutovsky et al., 1996a,b), sino también en los invertebrados (Longo y Anderson, 1968; Hinkley y Newman, 1989; Longo, 1991). La eliminación selectiva de las mitocondrias de los espermatozoides de mamíferos se observó tras la fecundación utilizando sondas fluorescentes en ungulados mitocondrial (Sutovsky et al., 1996b, 2003), los primates (Sutovsky et al., 1996a, 1999) y roedores (Shalgi et al., 1994; Kaneda et al., 1995; Cummins et al., 1997). Otra confirmación fue proporcionados por los estudios en ratones que expresan la proteína fluorescente verde exclusivamente en las mitocondrias (mtGFP-tg ratones; Shitara et al., 2001).
Ubiquitina-dependiente y proteólisis organelo degradación
Datos ultraestructurales proporcionan un fuerte indicio de que el esperma las mitocondrias son elegidos selectivamente para la degradación cuando entran en el citoplasma del ovocito. Esta evidencia es fortificada por estudios que demuestran que la asociación de la universal factor proteolítica, la ubiquitina, vaina mitocondrial con el esperma en el citoplasma de óvulos fecundados de mamíferos (Sutovsky et al., 1999, 2000). La ubiquitina se une covalentemente a Lys residuos de proteínas del sustrato y las marca para la degradación causada por la formación de largas cadenas de polyubiquitin. Este proceso de proteínas ubiquitination requiere la hidrólisis de ATP y un conjunto de co-factores, incluida la ubiquitina ligasas E1, E2 y E3. A su vez, las enzimas deubiquitinating o ubiquitina C-terminal hidrolasas son necesarios para la extracción de polyubiquitin cadenas del sustrato previo a su degradación (revisada por Hershko, 1998; Glickman y Ciechanover, 2002). En los estudios descritos aquí, dos vías alternativas para la degradación del esperma mitocondrias han sido considerados, tanto de ubiquitina proteólisis dependiente. En general, la degradación de sustratos ubiquitinated puede producirse por dos vías diferentes, dependiendo de la longitud de las cadenas polyubiquitin ligarse al ubiquitinated sustratos (revisada por Glickman y Ciechanover, 2002). Los más comúnmente descritos proteasomal vía requiere una cadena de al menos cuatro moléculas de ubiquitina (tetra-ubiquitina), y conduce a la estación del sustrato ubiquitinated al 26-S proteasoma. El proteasoma es un multi-subunidad, tonel holoenzyme con múltiples actividades de proteasas. Después del acoplamiento del 26-S , el proteasoma polyubiquitin cadenas están hendidas off y la proteína sustrato se descifraron para hacer el acceso a sitios de clivaje enzimáticos proteasomal core subunidades. El sustrato es entonces dividido en pequeños péptidos de 3-23 aminoácidos, que son liberadas por el proteasoma y puede ser desmantelado en aminoácidos individuales por la actividad de endopeptidases citosólico (revisada por Glickman y Ciechanover, 2002; Hochstrasser, 2002). Multiubiquitin cadenas de menos de cuatro moléculas, así como simples monoubiquitination pueden dirigirse también sustratos proteínicos de degradación, aunque no a través de la actividad proteasomal. El caso más notable de ese mono/diubiquitination proteolisis mediada es la endocitosis de determinados receptores de membrana plasmática (Strous y Govers, 1999). Durante ese evento, el endocytotic endocytotic motif específicas del receptor en la cara interna de la membrana plasmática es monoubiquitinated y asimilada por una lysosome. Lisosomal hidrolasas luego completar la tarea de degradación del sustrato. El caso más notable de ese mono-/diubiquitination proteolisis mediada es la endocitosis de determinados receptores de membrana plasmática (Strous y Govers, 1999). Durante ese evento, el endocytotic endocytotic motif específicas del receptor en la cara interna de la membrana plasmática es monoubiquitinated y asimilada por una lysosome. Lisosomal hidrolasas luego completar la tarea de degradación del sustrato. En un caso especial de proteólisis lisosómica, que no impliquen a los receptores de membrana plasmática, el conjunto de orgánulos en el citoplasma celular son degradados por la formación de un autophagosome. Este evento, denominado macroautofagia se ha dividido en distintas etapas, incluyendo la inducción, formación de vacuolas autofágicas o autophagosome, acoplamiento/fusión con lysosome y la degradación real/reciclaje (Klionsky y Emr, 2000). El sistema ubiquitina desempeña un papel importante, pero no completamente entendido papel en este proceso, posiblemente por degradar los ntermediarios de orgánulos desglose. La aparición de eritrocitos macroautophaged ultraestructurales de las mitocondrias es algo reminiscente de los patrones observados durante la degeneración y degradación de las mitocondrias de los espermatozoides en el ooplasma oscur. No obstante, parece que durante el esperma, la paterna degradación mitocondrial mitocondrias mismas realmente podría ser transformado en vacuola autofágicas-como vesículas (Sutovsky, 2003), en lugar de ser engullidos por las vacuolas preformadas o lisosomas.
Como se analiza a continuación, 15-lipoxigenasa (15-LOX), un componente importante de los reticulocitos organelo degradación del sistema, está presente en los mamíferos ooplasma oscuro.+
Contribución de 15-lipoxigenasa (15-LOX) a la mitocondria degradación durante la maduración de reticulocitos y después de la fertilización
La macroautofagia ha sido descrita en detalle en la levadura (revisada por Klionsky y Emr, 2000), donde 15-LOX actividad no ha sido documentada. En contraste, tanto el 15- y la LOX macroautophagic vías están presentes en reticulocitos de mamíferos, la diferenciación de las células rojas de la sangre (Grullich et al., 2001). El sistema modelo de reticulocitos es también una de las favoritas para estudiar el sistema ubiquitina y la existencia de la ubiquitina como factor de degradación de proteínas universal fue la primera propuesta y posteriormente se describe en lisados de reticulocitos (Goldstein et al., 1975; Etlinger y Goldberg, 1977). Posteriormente, la ubiquitina dependencia de degradación mitocondrial en los reticulocitos diferenciador ha sido estudiada en detalle (Rapoport et al., 1985; Dubiel et al., 1987). Además de sus componentes proteicos, las mitocondrias y otros organelos de reticulocitos que deben eliminarse también contienen una gran proporción de los lípidos de las membranas ricas. Esta toma de conciencia y posterior investigación condujo a la proposición de que arachidonate-15-lipoxigenasa (15-LOX) está implicado en la degradación de las mitocondrias y otras organelas en la diferenciación de reticulocitos (Van Leyen et al., 1998). 15-LOX es la enzima responsable de peroxidating el componente lipídico de las membranas de las mitocondrias, efectivamente causando su colapso (revisada por Kuhn et al., 2002). La singularidad de 15-LOX radica en que puede focalizar organelo membranas en el citoplasma sin dañar la integridad de la membrana plasmática. Se ha propuesto que el 15-LOX en los reticulocitos actúa en sinergia y/o en paralelo con el sistema ubiquitina residente (Grulich et al., 2001), pero todavía no está claro cómo funciona esta relación. Debido a su preferencia por las membranas mitocondriales, su compatibilidad con el sistema ubiquitina y su supuesta inercia hacia la membrana plasmática, es posible que el 15- LOX puede ser un co-factor en la eliminación de las mitocondrias de espermatozoides después de la fecundación. De hecho, la alta expresión de 15-LOX ha sido observada en bovinos y porcinos y óvulos cigotos (Figura 2A-L). LOX relacionados actividades también han sido detectadas en el erizo de mar (Hawkins y chillón, 1987) y surf clam óvulos (Hada et al., 1997), y puede ser importante para la remodelación de la membrana después de la fertilización (Perry y Epel, 1985). Excepto por unas pocas observaciones (véase Figura 2C), no fue posible documentar una coherente co-localización de 15-LOX con el esperma mitocondrias incorporado en el citoplasma de óvulos fecundados de mamíferos. Asimismo, el bloque de 15-LOX por una actividad competitiva, 15-sustrato (ácido eicosanotrienic ETYA; ácido araquidónico) no impiden la degradación del esperma porcino mitocondrias dentro de un cigoto (Tabla 1), que se ha convertido en los últimos tiempos en nuestro modelo de elección debido a la rápida degradación del esperma mitocondrias dentro del primer ciclo celular (cigóticos Sutovsky et al., 2003). En el curso de estos estudios, la acumulación de 15-LOX también ha sido observado en el jabalí gota citoplasmática de espermatozoides. Nuevas observaciones sugieren que la actividad LOX puede ser importante para su extracción durante la maduración de los espermatozoides (Fischer et al., 2002).
Proteasomal o degradación lisosómica de espermatozoides proteínas mitocondriales tras la fertilización
Como se ha indicado anteriormente, los espermatozoides mitocondrias ya están marcados por la ubiquitina durante la espermatogénesis (Sutovsky et al., 1999, 2000). En particular, prohibitin, una proteína de la membrana mitocondrial interna expresada durante la spermiogenesis (Choongkittaworn et al., 1993), es polyubiquitinated en los espermatozoides de mamíferos (Thompson et al., 2003). Tal ubiquitinated prohibitin especies podrían ser directamente acoplado a la proteasoma/lysosome después de la fertilización, o podrían ser ubiquitinated antes de ser
reconocido por el sistema proteolítico ooplasmic. De una forma o de otra, el etiquetado de las mitocondrias de esperma antes de la fecundación, una sentencia de muerte que el espermatozoide mitocondrias llevan con ellos en el ooplasma oscuro, es coherente con la observación de que la mitocondria paterna están degradadas por la forma selectiva de embriones murinos incluso si proceden de células inmaduras o spermatids espermatogénica-, espermatocitos (Cummins et al., 1998). Sin embargo, la rápida degradación mitocondrial no es observado cuando las mitocondrias de células somáticas son inyectados en ooplasma oscuro (Vasilieva et al., 1999; Shitara et al., 2000). El grado de prohibitin ubiquitination sugiere que esta y otras proteínas de la membrana mitocondrial de esperma debe ser principalmente degradados por el 26-S proteasoma. En estudios anteriores (Sutovsky et al., 2000), se ha demostrado que la neutralización de los lisosomas cigóticos con el cloruro de amonio retrasa la degradación del esperma mitocondrias en embriones bovinos hasta el estadio de 8 células. Como se discutió anteriormente, estudios ultraestructurales indican que los lisosomas o vacuolas autofágicas podría contribuir a la degradación de la mitocondria de espermatozoides después de la fecundación. Por otro lado, los inhibidores como el cloruro de amonio no son específicas para la actividad lisosómica solos y podría afectar la viabilidad y potencial de desarrollo de los embriones tratados. Por estas razones, los experimentos fueron iniciadas con inhibidores específicos, incluyendo lactacystin proteasomal y MG-132. Estos inhibidores son específicas para la actividad proteasomal y no afectan a los no-proteasomal serina proteasas como la quimotripsina, tripsina o papaina (Fenteany et al., 1995; Goldberg et al., 1995). Inicialmente, la inclusión de estos inhibidores en medio de fertilización en la inseminación llevó a una parcial (lactacystin en bajas concentraciones) o completa (lactacystin en concentraciones más altas; MG132) Bloque de porcinos de la fertilización, debido probablemente a la inhibición de los proteasomas presente en el semen de jabalí y acrosómica necesaria para zona de penetración de espermatozoides (Sawada et al., 2002; Sutovsky et al., 2003). Este efecto inhibitorio forzó el cambio de protocolo en los experimentos, incorporando la adición de inhibidores proteasomal a las 6 horas después de la inseminación. Esas demoras en el tratamiento anti-proteasomal permite una ventana de tiempo suficiente para su incorporación en los espermatozoides ooplasma oscuro. Una completa y totalmente reversible, bloque de espermatozoides se observó degradación mitocondrial (Sutovsky et al., 2003; véase también el cuadro 1), proporcionando pruebas de que el 26-S ooplasmic proteasoma es verdaderamente fundamental para aplicar herencia maternal de la mitocondria después de la fecundación. Si se acuerda que los espermatozoides entran en las mitocondrias del citoplasma del ovocito para ser degradados por el 26-S proteasoma, ¿significa esto que su carga de adnmt paterno se hidroliza al mismo tiempo? Lo más probable es que sea el caso donde el principio de herencia uniparental adnmt se aplica. Sin embargo, pruebas concluyentes todavía no ha sido establecida. Si la degradación proteasomal es la principal ruta de espermatozoides proteolisis mitocondrial, es posible que los ácidos nucleicos en la matriz mitocondrial podría ser degradado concomitantemente. Actividad nucleasa ha demostrado en los proteasomas (Bolsa et al., 1995; Horikoshi et al., 1998). Análogamente, los lisosomas o vacuolas autofágicas, que también pueden contribuir a la degradación, la mitocondria espermatozoides ubiquitindependent contienen hidrolasas ácidas capaces de degradar el ADN y ARN diferentes (Irie, 1999). Una mayor comprensión de este mecanismo podría ser traído por los estudios de herencia mitocondrial en isogamous protist Physarum polycephalum. Physarum es un organismo con orden jerárquico de herencia mitocondrial en que la suerte de adnmt del individuo isogametes está determinada por el tipo de acoplamiento locus matA (Kawano et al., 1987). Después de aparearse, las mitocondrias de uno de los padres son los primeros privados de adnmt y sólo después de la digestión de adnmt ¿el colapso de la membrana mitocondrial y toda la vaina mitocondrial es eliminado (Moriyama y Kawano, 2003). Aunque esos principios uniparental degradación de ADNMT EN Physarum precedió a la degradación completa de la vaina mitocondrial, parecía estar acompañado por un colapso de la membrana mitocondrial interna en cada uno de las mitocondrias. Sería útil determinar si la degradación tanto de la mitocondria y DEL ADNMT EN esta intrigante proteasomal
modelo depende de la actividad, o si se basa en un tipo de nucleasas, independiente de la actividad.
¿Por qué los espermatozoides mitocondria degradación y restringido a especies específicas ooplasma oscuro?
Las mitocondrias son los espermatozoides metabólicamente funcional y bajo ciertas condiciones se pueden propagar cuando microinyectado en somático, mitocondria-libre rho0 celdas (Manfredi et al., 1997). Sin embargo, dicha repoblación con esperma mitocondrias ocurre sólo en una pequeña porción de las células inyectadas rho0. Esto podría argumentar en favor de la hipótesis de degradación ubiquitina-dependiente después de la fecundación, ya que las células somáticas, similar a los ovocitos, poseen un activo ubiquitina-proteasoma. En cuanto a la menor eficiencia de los espermatozoides mitocondria eliminación en rho0 de las células, estas células somáticas puede no poseer la capacidad para desenmascarar la ubiquitinated membranas mitocondriales de la misma manera que el citoplasma del ovocito. En particular, el cebado de los espermatozoides de las mitocondrias para la degradación podría acelerarse con disulfuro de bonos de reducción de la cápsula proteínas mitocondriales ricos en lisina (epítopos ubiquitination) y disulfuro cisteína (bondepítopo formación). Esto se logra mediante la acción reductora de los ovocitos producidos péptido intrínseca, glutation (Perreault et al., 1984) y posiblemente otros ooplasmic co-factores. Estudios anteriores de hecho demostró que la supresión de la síntesis del glutatión durante la maduración del ovocito no sólo obstaculiza la transformación del núcleo de espermatozoides en masculino pronucleus, sino que también retrasa el desmontaje del esperma flagellum e hinchazón de la mitocondria (espermatozoides y Sutovsky Schatten, 1997; véase también la Fig. 1B). Además , una familia de espermatozoides tiorredoxinas, proteínas específicas capaces de gestionar el saldo de bonos de disulfuro de reducción y formación ha sido recientemente descrita (Miranda-Vizuete et al., 2001; Sadek et al., 2001). Tales co-factores que pueden no estar presentes en el citoplasma de las células somáticas en cantidades comparables ooplasma oscuro. Alternativamente, el específico de gametos ubiquitina ligasas podrá participar en el ubiquitination y la proteólisis de las mitocondrias de los espermatozoides después de la fecundación. Ahora ya está bien establecido que, a pesar de la extrema conservación de ubiquitina secuencia (Özkaynak et al., 1984), es un sistema altamente ubiquitination evento específico de sustrato, debido principalmente a una amplia gama de tissuespecific ubiquitina ligasas y una variedad de ubiquitination estrictamente determinados dominios o degrons/degradación, dentro de las secuencias de aminoácidos de la ubiquitination sustratos propensos (Laney y Hochstrasser, 1999). Uno de esos ovocito-específicos , la ubiquitina ligasa E3-ligasa RFPL tipo4 (Dedo Protein-Like ret 4 producto génico), ha sido descrito recientemente en ratones (Suzumori et al., 2003). Análogamente, el acrosoma de los espermatozoides de ratón cabeza contiene un testículo/célula germinal específica de enzimas deubiquitinating mUBPy (Berruti y Martegani, 2002). La existencia de (ovario y testicular) tisular específica ubiquitina ligasas y C-terminal hidrolasas podría también cuenta para la especificidad de especie de adnmt herencia materna. Los híbridos interespecíficos entre interno y ratón silvestre Español ratón (Mus musculus × M. spretus) ofrecen un buen modelo para el estudio de la especificidad de especie de espermatozoides mitocondria degradación. En esos cruces, paterna adnmt puede ser detectado en la progenie F1 (Gyllensten et al., 1991; Kaneda et al., 1995), pero no en la generación F2 (Shitara et al., 2000). Las principales lecciones aprendidas de estos estudios es que los espermatozoides de proteínas de la membrana mitocondrial, en lugar de adnmt en sí, son reconocidos por el ovocito y son conducentes a la esperma mitocondria reconocimiento y degradación tras la fecundación. Segundo, la observación de la falta de transmisión de adnmt paterno en retrocruzas es de interés (Shitara et al., 2000). Esto no es sorprendente cuando híbrido F1 machos son backcrossed con el tipo salvaje de hembras de ambas especies: membranas mitocondrial de esos machos F1 debe contener proteínas codificadas por los genes nucleares de ambas especies parentales y, por ende, deberían ser vulnerable al
reconocimiento y a la proteolisis en el ooplasma oscuro de cualquiera de las dos especies parentales. Lo más sorprendente es la falta de transmisión de adnmt paterno cuando las hembras F1 son backcrossed con wt machos. Esta aparente paradoja puede conciliarse con la observación de la deriva genética de adnmt paterno en la F1 hembras híbridas, donde sólo ciertos tejidos, no incluida la línea germinal, parecen recibir adnmt paterno (Shitara et al., 2000).
Heteroplasmia después de reproducción asistida
Heteroplasmia o la coexistencia de dos diferentes genomas mitocondriales dentro del mismo cytoplast puede surgir de mutaciones de adnmt resultando en una mezcla de adnmt normales y mutadas, derivado del genoma mitocondrial progenitoras comunes (Graff et al., 2002). Por una definición más estricta, la verdadera heteroplasmia surge de la introducción y la propagación de relaciones mitocondrias en un destinatario cytoplast (Cummins, 2001). Quizás el uso más común de heteroplasmia es visto después de la transferencia nuclear (NT) en los animales. Heteroplasmia debido a la presencia de células de donantes ha sido documentada en el ADNMT NT embriones clonados de una embrionaria (Hiedlander blastomere et al., 1999) y de una célula somática (p. ej. ¿Et al., 2002; Steinborn et al., 2002; Hiedlander et al., 2003; Takeda et al., 2003). Hasta ahora, las anomalías se observa más comúnmente en los embriones clonados no han sido atribuidos a heteroplasmia. En este sentido, también debería considerarse que el destinatario, ooplast derivada de las mitocondrias surgen de forma agrupada, población heteróloga de ovocitos, aumentando así la variabilidad de adnmt herencia visto en la descendencia. Con respecto a la reproducción asistida humana, citoplasma del ovocito donación, o procedimiento de trasplante ooplasmic ha sido utilizado exitosamente para rejuvenecer las piscinas mitocondrial del envejecimiento de los óvulos de mujeres premenopáusicas en algunos programas de FIV. La principal preocupación es que el procedimiento de trasplante de ooplasmic propaga inevitablemente heteroplasmia, es decir, la perpetuación de la mitocondria y genomas mitocondriales tanto del donante como del receptor del citoplasma. Se ha documentado que los niños nacidos después del citoplasma donación son heteroplasmic (Brenner et al., 2000; Barritt et al., 2001a). La principal preocupación en este tratamiento es que la persistencia y la replicación del ADN del destinatario, que deriva de un anciano y agrupación mitocondrial pueden llevar más mutaciones que el donante. Esto podría afectar a la condición física de los niños nacidos después de ese procedimiento. El estudio inicial de tales heteroplasmic encontró todos los bebés saludables (Barritt et al., 2001a). Sin embargo, un informe de seguimiento revelaron dos apariciones de 45,XO síndrome que resulta en un aborto espontáneo, un aborto selectivo, y un caso de trastorno generalizado del desarrollo, un espectro de síntomas autismrelated, diagnosticados en los 18 meses de edad (Barritt et al., 2001b). Es difícil determinar si estas anomalías son inherentes al procedimiento de FIV o fueron resultado directo de trasplante mitocondrial. Los críticos de esta técnica instar a los médicos a considerar que una deficiencia mitocondrial generados desde cualquier receptor o donante adnmt podría manifestarse sólo más tarde durante la vida post-natal, en lugar de durante la infancia temprana. Existen problemas similares con respecto a la posible transmisión de la mitocondria paterna por ICSI, principalmente debido a la posibilidad de que la membrana plasmática intacta superponer los espermatozoides vaina mitocondrial podrían obstaculizar el acceso de ooplasmic factores a los espermatozoides membranas mitocondrial (Sutovsky, 2003). Hasta el momento, ninguno de los estudios de seguimiento realizados hasta la fecha en el ICSI bebés ha justificado esos temores (Houshmand et al., 1997; Danan et al., 1999; Marchington et al., 2002). Además, los experimentos en ratones mostraron que los espermatozoides las mitocondrias son degradada después de la ICSI con una dinámica similar a lo que se ve después de la fecundación natural (Cummins et al., 1997). La presencia de adnmt paterno ha sido descrita en embriones de preimplantación defectuoso (St John et al., 2000), una indicación de que merece más investigación. Al mismo tiempo, es difícil descartar que la proyectó embriones puede llevar espermatozoides accesorio en su superficie,
incluso después de las mitocondrias de la fertilización, incorporated espermatozoide degradadas. Accesorio de dichos espermatozoides, vinculado a la oolemma, sin em bargo, impidió la incorporación en ooplasma oscuro por anti-polyspermy defensa, son comunes en tanto in vivo e in vitro derivados de cigotos y embriones temprana de otros mamíferos (P. Sutovsky, observaciones no publicadas).
Desafíos a la hipótesis
Como se ha mencionado anteriormente, algunos animales como los mariscos pueden evitar la degradación de las mitocondrias paternas y, ocasionalmente, de herencia paterna de adnmt ha sugerido que se producen en los mamíferos, incluido el hombre. Estos informes incluyen estudios moleculares en rumiantes (Zhao et al., 2000; pizarra y Phua, 2003), y estudios de población en chimpancés (Awadalla et al., 1999) y de los isleños del Pacífico poblaciones aisladas (Eyre-Walker et al., 1999; Hagelberg et al., 1999), basado en una encuesta de la región hypervariable adnmt del D-loop. Tales pruebas se ha disputado (p. ej. Inan y Nordborg, 2002) y, en cierta medida, contradicen los estudios que exploran todo el genoma mitocondrial (Ingman et al., 2000; Herrnstadt et al., 2002), sin embargo, justifica un análisis más detenido (Hagelberg, 2003). El propósito de esta revisión no es discutir la posibilidad de recombinación entre paterna y materna, genomas humanos después de la fecundación. Hasta la fecha, la única fehacientemente documentada, natural de desviación de este patrón es los casos de grave patología mitocondrial en los seres humanos (Schwartz y Vissing, 2002), en las cuales la transmisión del adnmt paterno, pero ninguna recombinación de adnmt paterno-materno se ha encontrado en un hombre llevando un de-novo supresión de mitochondrial NADH deshidrogenasa-2 (ND2) gen. Mientras que la degradación de las mitocondrias del espermatozoide no puede ser sinónimo de la degradación del adnmt paterno, los datos de la fertilización estudios muestran pruebas inequívocas de la antigua. Queda por determinar si se degrada el adnmt paterno concomitantemente con la degradación de las membranas mitocondriales de esperma y la matriz mitocondrial.