Ältere Mäuse haben mehr neue Mutationen—änderungen im DNS-Sequenz, die auftreten, in den einzelnen eher, als dass Sie von einem Elternteil geerbt—als jüngere Mäuse, die in den genomen von Ihren Mitochondrien, nach Ansicht der Forscher an Penn State. Die Ergebnisse haben möglicherweise Auswirkungen auf die Menschen, weil Mutationen in der mitochondrialen Genoms assoziiert sind mit mehrere Erbkrankheiten, und diese neuen Mutationen können an die nächste generation von Müttern, die oft Kinder haben sich im Alter in modernen Gesellschaften.
Die Forscher verwendeten eine extrem genaue DNA-Sequenzierung, Methode zur Sequenzierung des gesamten Genoms der Mitochondrien—Organellen, die sind das Kraftwerk der Zelle—in beiden Keimzellen und anderen Zellen in den Körper und zeigte, dass, je nach der Art der Zelle, zehn Monate alten Mutter Mäuse hatten etwa zwei-bis-drei-mal so viele neue Mutationen als Ihre fast einen Monat alten Welpen.
Die Studie ist die erste, direkt zu Messen, neue Mutationen über das gesamte mitochondriale Genom von Keimzellen.
„Frühere Studien identifiziert neue Mutationen durch den Vergleich der DNA-Sequenz zwischen den Eltern und den Nachwuchs, anstatt direkt auf die Keimzellen“, sagte Kateryna Makova, Pentz, Professor für Biologie an der Penn State und der Leiter der Forschergruppe. „Dies könnte ein voreingenommenes Bild von der Geschwindigkeit und Muster der neuen Mutationen, weil die Auswahl könnte sein, dass einige Mutationen, zum Beispiel solche, die mit dem Leben unvereinbar, jemals gesehen zu werden.“
Ein Papier beschreibt die Studie, geführt von den Forschern an der Penn State, erscheint 15. Juli 2020 in der Zeitschrift PLOS Biology.
„Es war extrem schwierig, zu studieren, neue Mutationen auftreten, die in Individuen und Zellen direkt, da die Fehlerrate der DNA-Sequenzierung Technologien, die sind so viel höher als die Mutationsrate,“ sagte Makova. „Damit sind wir Häufig nicht wissen, ob änderungen in der DNA-Sequenz, die wir sehen, wurden neue Mutationen oder einfach nur Fehler in der Sequenzierung. In unserer neuen Studie haben wir eine erweiterte und äußerst präzise sequencing-Methode, so dass wir zuversichtlich sein können, dass wir die Beobachtung tatsächlichen neue Mutationen.“
Das team verwendet eine Technik namens „duplex-sequenzieren“, um zu bestimmen, die Reihenfolge der DNA-Buchstaben, die in der kompletten mitochondrialen Genome von Gehirnzellen, Muskelzellen und Eizellen der weiblichen reproduktiven Zellen, Eier—ab-10-Monat-alten Mäusen und Ihre einen Monat alte Welpen. Wenn Sie denken, der ein DNA-Molekül wie eine verdrehte Leiter aus, die Sie aufteilen können es nach unten durch die Mitte der Sprossen und jede Seite als einen Strang. Die meisten DNA-Sequenzierung Methoden sehen nur ein Strang des DNA-Moleküls zu einer Zeit. Duplex-Sequenzierung liest beide Stränge der DNA und vergleicht die zwei zu reduzieren, die Fehlerrate zu.
„Um Fehler zu reduzieren, modernen“ next-generation “ – Sequenzierung Technologien Lesen können viele, viele Kopien einer Sequenz,“, sagte Barbara Arbeithuber, ein Postdoc-Forscher an der Penn State und der erste Autor des Papiers. „Die anderen Lesen, die die gleiche Sequenz haben, die Fehler in verschiedenen Orten, so können wir vergleichen alle diese liest und bauen, was heißt ein ‚Konsens‘ – Sequenz. Duplex-Sequenzierung wird dies für beide Stränge unabhängig voneinander, dann ist die weitere Reduzierung von Fehlern durch den Vergleich der consensuses für die beiden Stränge. Dies erfordert in der Regel eine relativ große Menge an DNA-Ausgangsmaterial, also mussten wir optimieren das Protokoll zu behandeln, die mit winzigen Mengen an DNA von einzelnen Eizellen.“
Wenn das team im Vergleich der mitochondrialen Genom-Sequenzen von der Mutter Mäuse und Ihre Welpen, fanden Sie einen Anstieg in der Zahl der Mutationen in den älteren Mäusen für alle Gewebe, die Sie getestet. Dies deutet darauf hin, dass, wie die Mäuse das Alter, Ihre mitochondriale Genome akkumulieren Mutationen, so dass das team wollte wissen, ob Sie konnten zu identifizieren, die Quelle für diese Mutationen.
Mutationen können auftreten, aufgrund von Fehlern bei der DNA-Replikation wenn sich eine Zelle teilt und macht Kopien des Erbguts, die für jede der entstehenden Tochterzellen. Sie können auch verursacht werden durch Umweltfaktoren wie UV-Licht oder Strahlung, zum Beispiel, oder wenn es Fehler während der DNA-Reparatur.
„Wenn wir uns auf die Muster von Mutationen in der mitochondrialen Genome es passen mit dem, was wir erwarten, für die meisten von Ihnen durch auftretende Fehler bei der Replikation“, sagt Arbeithuber. „Aber wir beobachteten auch einige Unterschiede in der mutation Muster zwischen Eizellen und Körperzellen. Dies suggeriert, dass der Beitrag der verschiedenen molekularen Mechanismen, die auf mitochondriale Mutationen variiert zwischen diesen Zellen.“
Körper, oder somatischen Zellen, wie Gehirn-und Muskelzellen—Unterziehen viele Zyklen der Zellteilung und dies auch weiterhin tun während des ganzen Lebens. Eizellen, im Gegensatz, nur teilen Sie eine begrenzte Anzahl von Zeiten, die vor allem auftreten, schon früh in der Entwicklung, und geben Sie dann eine Art stasis, bis Sie gebraucht werden, später im Leben.
„In Anbetracht, dass Sie Durchlaufen eine unterschiedliche Anzahl von Zellteilungen, macht es Sinn, dass der Beitrag der verschiedenen Mechanismen der mutation-Prozess kann unterschiedlich sein zwischen den Geweben,“ sagte Makova. „Allerdings, denn wir sehen einige Hinweise, Replikations-Fehler-Mutationen in der mitochondrialen Genome von Eizellen sowie, es ist möglich, dass es einen Umsatz von mitochondrialen Genome in Oozyten, obwohl die Zellen nicht dividiert sich selbst.“
Die Forscher vermuten, dass die Akkumulation von Mutationen, die der mitochondrialen Genome der Mutter Mäusen könnte Auswirkungen für das Verständnis der menschlichen reproduktiven Gesundheit.