Новые мутации накапливаются в репродуктивных клетках старых мышей

Новые мутации накапливаются в репродуктивных клетках старых мышей
У более старых мышей больше мутаций в геномах их митохондрий, чем у молодых мышей. Исследователи сравнили последовательность ДНК митохондриальных геномов из мышечных клеток, клеток мозга и одиночных женских репродуктивных клеток — ооцитов (слева), используя чрезвычайно точную технологию секвенирования ДНК, называемую дуплексным секвенированием (в центре), и обнаружили, что мутации накапливались в течение жизни более старшего возраста. мыши (справа). Предоставлено: Барбара Арбейтубер.

У более старых мышей больше новых мутаций — изменений в последовательности ДНК, которые происходят у индивидуума, а не наследуются от родителя, — чем у более молодых мышей в геномах их митохондрий, согласно исследователям из Penn State. Результаты могут иметь значение для людей, потому что мутации в митохондриальном геноме связаны с множественными генетическими заболеваниями человека, и эти новые мутации могут быть переданы следующему поколению матерями, которые часто имеют детей в более старшем возрасте в современных обществах.

Исследователи использовали чрезвычайно точный метод секвенирования ДНК для секвенирования всего генома митохондрий — органелл, которые являются движущей силой клетки — как в репродуктивных клетках, так и в других клетках организма, и показали, что в зависимости от типа клеток, десять у мышей в возрасте одного месяца было примерно в два-три раза больше новых мутаций, чем у их щенков почти месячного возраста.

Исследование является первым, которое напрямую измеряет новые мутации по всему митохондриальному геному в репродуктивных клетках.

«Предыдущие исследования выявили новые мутации, сравнивая последовательность ДНК между родителями и потомками, а не глядя прямо на репродуктивные клетки», — сказала Катерина Макова, профессор биологии Pentz в штате Пенсильвания и руководитель исследовательской группы. «Это может дать предвзятую картину частоты и характера новых мутаций, потому что отбор может предотвратить появление каких-либо мутаций, например тех, которые несовместимы с жизнью».

Статья с описанием исследования, проведенного исследователями из штата Пенсильвания, появилась 15 июля 2020 года в журнале PLOS Biology.

«Было чрезвычайно трудно изучать новые мутации, возникающие у отдельных людей и клеток напрямую, потому что частота ошибок технологий секвенирования ДНК намного выше, чем частота мутаций», — сказала Макова. «Таким образом, мы часто не знали, были ли изменения в последовательности ДНК, которые мы видим, новыми мутациями или просто ошибками в секвенировании. В нашем новом исследовании мы использовали продвинутый и чрезвычайно точный метод секвенирования, чтобы мы могли быть уверены, что наблюдаем фактические новые мутации. «

Команда использовала технику, называемую «дуплексное секвенирование», чтобы определить порядок букв ДНК в полных митохондриальных геномах из клеток головного мозга, мышечных клеток и ооцитов — женских репродуктивных клеток, которые образуют яйца — от 10-месячных мышей и их месячные щенки. Если вы думаете о молекуле ДНК как о витой лестнице, вы можете разбить ее на середину ступеней, и каждая сторона называется цепью. Большинство методов секвенирования ДНК одновременно рассматривают только одну нить молекулы ДНК. Дуплексное секвенирование считывает обе цепи ДНК и сравнивает их, чтобы уменьшить частоту ошибок.

«Чтобы уменьшить количество ошибок, современные технологии секвенирования» следующего поколения «могут считывать много-много копий последовательности», — сказала Барбара Арбейтубер, научный сотрудник Penn State и первый автор статьи. «Разные чтения одной и той же последовательности будут иметь ошибки в разных точках, поэтому мы можем сравнить все эти чтения и построить так называемую» консенсусную «последовательность. Дуплексное секвенирование делает это для обеих цепей независимо, а затем еще больше уменьшает ошибки, сравнивая консенсусы для двух цепей. Для этого обычно требуется довольно большое количество исходного материала ДНК, поэтому нам пришлось оптимизировать протокол для обработки крошечных количеств ДНК из отдельных ооцитов. «

Когда команда сравнила последовательности митохондриального генома у мышей-матерей и их щенков, они обнаружили увеличение количества мутаций у мышей старшего возраста во всех тканях, которые они тестировали. Это говорит о том, что с возрастом мышей в их митохондриальных геномах накапливаются мутации, поэтому команда хотела узнать, смогут ли они определить источник этих мутаций.

Мутации могут возникать из-за ошибок в репликации ДНК, когда клетка делится и делает копии своего генетического материала для каждой из полученных дочерних клеток. Они также могут быть вызваны такими факторами окружающей среды, как, например, ультрафиолетовое излучение или излучение, или если есть ошибки во время восстановления ДНК.

«Когда мы посмотрели на паттерн мутаций в митохондриальных геномах, он соответствовал тому, что мы ожидали от большинства из них, происходящих из-за ошибок репликации», — сказал Арбейтубер. «Но мы также наблюдали некоторые различия в характере мутаций между ооцитами и клетками организма. Это говорит о том, что вклад различных молекулярных механизмов в митохондриальные мутации варьируется среди этих клеток».

Тело или соматические клетки, такие как клетки мозга и мышц, подвергаются многим циклам деления клеток и продолжают это делать на протяжении всей жизни. Напротив, ооциты делятся лишь ограниченное количество раз, что в основном происходит на ранних стадиях развития, а затем входит в своего рода застой, пока они не потребуются в более позднем возрасте.

«Учитывая, что они подвергаются разному количеству клеточных делений, имеет смысл, что вклад различных механизмов в процесс мутации может быть различным в разных тканях», — сказала Макова. «Однако, поскольку мы видим некоторые свидетельства мутаций ошибок репликации и в митохондриальных геномах ооцитов, возможно, что имеется митохондриальный геном в ооцитах, даже если клетки не делятся».

Исследователи предполагают, что накопление мутаций, которые они видят в митохондриальных геномах материнских мышей, может иметь значение для понимания репродуктивного здоровья человека.

«Мы видим увеличение мутаций у мышей-матерей в два-три раза всего через девять месяцев», — сказала Макова. «Будет важно увидеть, как этот темп роста сравнивается с людьми, потому что у нас гораздо больше времени, прежде чем мы начнем воспроизводство, и во многих обществах это время увеличивается, и воспроизводство откладывается до более поздних и более поздних эпох»./р>

Похожие новости

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *