Η σημασία του μιτοχονδριακού DNA

ΕΙΧΕ πεθάνει στα 28 του από συστηματικές μολύνσεις. Στα 23 του είχε αρχίσει να χάνει την όρασή του παθαίνοντας καταρράκτη, γλαύκωμα και προοδευτική καταστροφή του ρετινοειδούς χιτώνα του· τα νεφρά του είχαν αρχίσει να μη λειτουργούν και από τα 5 του ως τα 18 του είχε χάσει εντελώς την ακοή του. Μέχρι πέντε ετών ήταν ένα υγιέστατο αγοράκι. Μια θλιβερή ιστορία που έχει τις ρίζες της σε ένα γονίδιο, όχι από αυτά τα συνηθισμένα που βρίσκονται στον πυρήνα αλλά σε ένα εξωχρωμοσωματικό γονίδιο του μιτοχονδρίου.

­ Κι άλλη φορά μιλήσαμε για το μιτοχονδριακό DNA, απευθύνεται κοφτά στον καθηγητή του ο Κρίτων. Αλλά αυτή η ιστορία είναι πολύ ενδιαφέρουσα.

­ Πες μου, λοιπόν, τότε τι θυμάσαι;

­ Οτι τα μιτοχόνδρια, που υπάρχουν κατά εκατοντάδες στο κύτταρο, βρίσκονται στο κυτταρόπλασμα και έχουν DNA, έξω από τον πυρήνα δηλαδή.
­ Και ότι, συνεχίζει ο καθηγητής, το DNA είναι κυκλικό, όχι γραμμικό, όπως στα χρωμοσώματα του πυρήνα. Τέτοια κυκλικά μόρια βρίσκονται πολλά στο κάθε μιτοχόνδριο, το οποίο είναι ένα μικροσκοπικό εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας, απαραίτητης για τη ζωή του κυττάρου.
­ Τα μιτοχόνδρια μεταβιβάζονται από το ωάριο, άρα από τη μητέρα, διέκοψε ξανά ο Κρίτων που ήθελε να κάνει το μάθημα πιο ενδιαφέρον στην τάξη, βοηθώντας εποικοδομητικά τον καθηγητή του.
­ Και όταν γίνει η γονιμοποίηση του ωαρίου με το σπερματοζωάριο, τότε αυτό το αρχικό κύτταρο - έμβρυο αρχίζει να διαιρείται για να προκύψουν τα δύο περίπου τρισεκατομμύρια κύτταρα που έχει ένα νεογέννητο παιδί ή τα 20 περίπου τρισεκατομμύρια κύτταρα που έχει ένας ενήλικος. Πριν από την κάθε κυτταρική διαίρεση είναι γνωστό πως διπλασιάζονται τα 46 χρωμοσώματα, δηλαδή τα 100.000 περίπου γονίδια ή 3 δισεκατομμύρια ζευγάρια βάσεων που απαρτίζουν αυτά τα γονίδια, και με τρόπο ακριβοδίκαιο μεταφέρεται το μισό γενετικό υλικό στο κάθε θυγατρικό κύτταρο.
­ Με το μιτοχονδριακό όμως DNA δεν γίνεται ακριβώς έτσι, διέκοψε πάλι ευγενικά ο Κρίτων.
­ Και αυτό το κυκλικό DNA διπλασιάζεται πριν από την κυτταρική διαίρεση αλλά τα εκατοντάδες μιτοχόνδρια δεν κατανέμονται απολύτως ισόποσα στα θυγατρικά κύτταρα, όπως τα χρωμοσώματα του πυρήνα. Ετσι μπορεί μερικά μόρια DNA να φέρουν μια μετάλλαξη, μια κατάσταση γνωστή ως ετεροπλασμία (όπως αναλογικά ετεροζυγωτία για τον πυρήνα), και το ένα θυγατρικό κύτταρο να πάρει περισσότερα μιτοχόνδρια με τη μετάλλαξη και το άλλο περισσότερα φυσιολογικά. Σύμφωνα μάλιστα με τον νόμο των πιθανοτήτων, μετά από αρκετές διαιρέσεις μπορεί να προκύψουν κύτταρα με όλα τα μιτοχόνδριά τους μεταλλαγμένα και άλλα με τα φυσιολογικά (ομοπλασματικά, όπως κατ' αναλογία ομοζυγωματικά).
­ Δηλαδή, θέλετε να μας πείτε ότι ο νέος της ιστορίας που μας διηγηθήκατε είχε κάποια σχέση με μεταλλαγμένο μιτοχονδριακό DNA; ρώτησε ένας άλλος φοιτητής, ο Σωκράτης.
­ Πολύ σωστά, Σωκράτη. Γιατί δεν μπορούσαν να εξηγηθούν διαφορετικά οι μυστηριώδεις αρρώστιες του άτυχου νέου και έγινε προσπάθεια αναζήτησης της αιτίας έξω από τον πυρήνα. Μάλιστα το 1998 ήταν η πρώτη φορά που έγινε συσχέτιση μεταξύ μιτοχονδριακών γονιδίων και ασθενειών του ανθρώπου μελετώντας μιαν άλλη κληρονομική νευροπάθεια.
­ Υπάρχουν πολλές τέτοιες ασθένειες; ρώτησαν οι περισσότεροι φοιτητές του μεταπτυχιακού προγράμματος για τη γενετική του ανθρώπου.
­ Το μιτοχονδριακό DNA δεν είναι μεγάλο. Αλλά έχει αρκετά γονίδια που είτε προκαλούν είτε συμβάλλουν μαζί με το πυρηνικό DNA στην εκδήλωση ασθενειών. Οι ασθένειες αυτές οφείλονται ουσιαστικά στη διατάραξη της ικανότητας παραγωγής κυτταρικής ενέργειας ως αποτέλεσμα μεταλλάξεων. Τα όργανα και οι ιστοί που επηρεάζονται περισσότερο από τη διατάραξη αυτή είναι το κεντρικό νευρικό σύστημα, οι καρδιακοί και οι σκελετικοί μύες, τα νεφρά και οι ιστοί που παράγουν ορμόνες. Μερικά παραδείγματα ασθενειών αφορούν τον σακχαρώδη διαβήτη, την πρόωρη γήρανση, πολλές εκφυλιστικές ασθένειες όπως η Alzheimer, η χορεία του Hundington και άλλες για τις οποίες θα μιλήσουμε στο επόμενο μάθημα.
Εκείνο που πρέπει να πούμε ακόμη σήμερα είναι ότι ένα παιδί που προέρχεται από ετεροπλασματικό ωάριο μπορεί να έχει κάποιους ιστούς πλούσιους σε μεταλλαγμένο μιτοχονδριακό DNA και άλλους σε φυσιολογικό. Τα ωάρια επίσης μιας ετεροπλασματικής μητέρας μπορεί να διαφέρουν ως προς το ποσοστό μεταλλαγμένου DNA, με αποτέλεσμα να διαφέρουν τα παιδιά της ως προς την κατανομή των μεταλλαγμένων μορίων και τη σοβαρότητα αλλά και το είδος των συμπτωμάτων της ασθένειας που ελέγχει η μετάλλαξη.
Το μάθημα τελείωσε αλλά οι μεταπτυχιακοί φοιτητές είχαν πάρει ένα μάθημα ενδιαφέρον που τους οδήγησε στη βιβλιοθήκη για να βρουν περιπτώσεις μιτοχονδριακών ασθενειών και να μπορέσουν να συζητήσουν με τον καθηγητή τους την άλλη εβδομάδα. Ταυτόχρονα χάρηκαν που κανένας τους δεν διέγνωσε για τον εαυτό του καμία μυστηριώδη και ανεξήγητη πάθηση. Ηταν τυχεροί και αποφάσισαν να συνεχίσουν να χαίρονται περισσότερο τις μικροχαρές της ζωής, χωρίς μεμψιμοιρίες και μικρότητες. Η ζωή είναι όμορφη, αρκεί να τη γνωρίζεις.

Ο κ. Σταμάτης Ν. Αλαχιώτης είναι καθηγητής Γενετικής, πρύτανης του Πανεπιστημίου Πατρών.