Wetenschappers hebben aangetoond dat bij één op de 4.000 geboorten, een deel van de genetische code van onze mitochondriën - de 'batterijen' die onze cellen van stroom voorzien - zich in ons DNA invoegt, wat een verrassend nieuw inzicht onthult in hoe mensen evolueren.

In een onderzoek dat vandaag is gepubliceerd in Nature , laten onderzoekers van de Universiteit van Cambridge en de Queen Mary University in Londen zien dat mitochondriaal DNA ook voorkomt in sommige kanker-DNA, wat suggereert dat het als een pleister fungeert om schade aan onze genetische code te herstellen.

Mitochondriën zijn kleine 'organellen' die in onze cellen zitten, waar ze werken als batterijen en energie leveren in de vorm van het molecuul ATP om de cellen van stroom te voorzien. Elk mitochondrion heeft zijn eigen DNA - mitochondriaal DNA - dat verschilt van de rest van het menselijk genoom, dat uit nucleair DNA bestaat.

Mitochondriaal DNA wordt via de moederlijn doorgegeven - dat wil zeggen, we erven het van onze moeders, niet van onze vaders. Een studie gepubliceerd in PNAS in 2018 rapporteerden onderzoekers van het Cincinnati Children's Hospital Medical Center in de VS bewijs dat suggereerde dat mitochondriaal DNA langs de vaderlijke lijn was doorgegeven.

Om deze beweringen te onderzoeken, keek het Cambridge-team naar het DNA van meer dan 11.000 families die waren gerekruteerd voor het 100.000 Genomes Project van Genomics England, op zoek naar patronen die leken op vaderlijke overerving. Het Cambridge-team vond mitochondriaal DNA 'inserts' in het nucleaire DNA van sommige kinderen die niet aanwezig waren in dat van hun ouders. Dit betekende dat het Amerikaanse team waarschijnlijk tot de verkeerde conclusies was gekomen:wat ze hadden waargenomen waren geen door de vader geërfd mitochondriaal DNA, maar eerder deze inserts.

Nu, door dit werk uit te breiden tot meer dan 66.000 mensen, toonde het team aan dat de nieuwe inserts echt de hele tijd gebeuren en een nieuwe manier laten zien hoe ons genoom evolueert.

Professor Patrick Chinnery, van de Medical Research Council Mitochondrial Biology Unit en Department of Clinical Neurosciences aan de University of Cambridge, legde uit:"Miljarden jaren geleden nam een ​​primitieve dierlijke cel een bacterie op die werd wat we nu mitochondriën noemen. Deze leveren energie naar de cel om hem normaal te laten functioneren, terwijl zuurstof wordt verwijderd, wat in hoge mate giftig is.In de loop van de tijd zijn stukjes van deze primitieve mitochondriën in de celkern terechtgekomen, waardoor hun genomen met elkaar kunnen praten.

"Dit alles werd verondersteld heel lang geleden te zijn gebeurd, meestal voordat we ons zelfs als soort hadden gevormd, maar wat we hebben ontdekt is dat dat niet waar is. We kunnen dit nu zien gebeuren, met stukjes van onze mitochondriale genetische code die op een meetbare manier in het nucleaire genoom wordt overgebracht."

Het team schat dat mitochondriaal DNA bij ongeveer één op de 4.000 geboorten wordt overgebracht naar nucleair DNA. Als die persoon zelf kinderen heeft, zullen ze deze inserts doorgeven - het team ontdekte dat de meesten van ons vijf van de nieuwe inserts hebben, en een op de zeven van ons (14%) heeft zeer recente. Eenmaal op hun plaats kunnen de inserts soms leiden tot zeer zeldzame ziekten, waaronder een zeldzame genetische vorm van kanker.

Het is niet precies duidelijk hoe het mitochondriale DNA zichzelf invoegt - of het dat nu direct doet of via een tussenpersoon, zoals RNA - maar professor Chinnery zegt dat het waarschijnlijk voorkomt in de eicellen van de moeder.

Toen het team sequenties bekeek die waren genomen uit 12.500 tumormonsters, ontdekten ze dat mitochondriaal DNA zelfs vaker voorkomt in tumor-DNA, dat voorkomt bij ongeveer één op de 1.000 kankers, en in sommige gevallen veroorzaakten de mitochondriale DNA-inserts in feite veroorzaakt de kanker.

"Onze nucleaire genetische code breekt en wordt voortdurend gerepareerd", zegt professor Chinnery. "Mitochondriaal DNA lijkt bijna te werken als een pleister, een pleister om de nucleaire genetische code te helpen zichzelf te herstellen. En soms werkt dit, maar in zeldzame gevallen kan het de zaken verergeren of zelfs de ontwikkeling van tumoren veroorzaken."

Meer dan de helft (58%) van de inserties bevond zich in regio's van het genoom die coderen voor eiwitten. In de meeste gevallen herkent het lichaam het binnendringende mitochondriale DNA en legt het het zwijgen op in een proces dat bekend staat als methylering, waarbij een molecuul zich aan het inzetstuk hecht en het uitschakelt. Een soortgelijk proces vindt plaats wanneer virussen erin slagen zich in ons DNA in te voegen. Deze methode van tot zwijgen brengen is echter niet perfect, omdat sommige van de mitochondriale DNA-inserts worden gekopieerd en rond de kern zelf bewegen.

Het team zocht naar bewijs dat het omgekeerde zou kunnen gebeuren - dat mitochondriaal DNA delen van ons nucleair DNA absorbeert - maar vond er geen. Er zijn waarschijnlijk verschillende redenen waarom dit het geval zou moeten zijn.

Ten eerste hebben cellen slechts twee kopieën van nucleair DNA, maar duizenden kopieën van mitochondriaal DNA, dus de kans dat mitochondriaal DNA wordt gebroken en in de kern terechtkomt, is veel groter dan andersom.

Ten tweede is het DNA in mitochondriën verpakt in twee membranen en zijn er geen gaten in het membraan, dus het zou moeilijk zijn voor nucleair DNA om erin te komen. Als mitochondriaal DNA daarentegen erin slaagt eruit te komen, zullen gaten in het membraan rond nucleair DNA zou het relatief gemakkelijk doorlaten.

Professor Sir Mark Caulfield, vice-directeur voor gezondheid aan de Queen Mary University of London, zei:"Ik ben zo verheugd dat het 100.000 Genomes Project het dynamische samenspel tussen mitochondriaal DNA en ons genoom in de celkern heeft ontgrendeld. Dit definieert een nieuwe rol in DNA-reparatie, maar ook een die af en toe een zeldzame ziekte of zelfs maligniteit kan veroorzaken." + Verder verkennen

Studie bij muizen toont potentieel voor gen-editing om mitochondriale aandoeningen aan te pakken