Eşeyli üreyen çoğu canlı türünde anne ve babanın hücre çekirdeğinde taşıdıkları genetik materyal çoğunlukla eşit miktarda yavrulara aktarılır. Çok önemli bir istisna hücrenin enerji santralı olarak görev yapan mitokondrilerde bulunan genetik materyalin kalıtımında görülmekte. Mitokondriler hücre çekirdeğinin dışında bulunan çift zarla çevrili yapılar olup kendi DNA’larını içerir. İşte bu yaşamsal önemde birimlerin genetik materyali (DNA’sı) insanlar dahil birçok eşeyli üreyen canlı türünde sadece anneden aktarılıyor.
Peki babanın sperm hücrelerinde bulunan mitokondri ve mitokondrinin taşıdığı genetik materyal nasıl yeni nesle aktarılmıyor?
Bilim insanları bir solucan türünde (C. elegans) yaptıkları çalışma ile bu soruya dair önemli cevaplar veriyor.
Elektron mikroskobu ile erkek cinsiyet (eşey) hücreleri olan spermden başlayarak mitokondrileri izleyen araştırmacılar, yumurta ile birleşmeden (döllenmeden) önce sağlıklı bir yapıda olduğu gözlenen sperm içerisindeki mitokondrinin, döllenme gerçekleşip yumurta içerisine girdikten hemen sonra ani değişimler geçirip kendi içinde kümelenme biçiminde yapılar halinde biriktiğini gözlemledi. Aynı zamanda mitokondrinin iki zarından birisi olan iç-zar yapısının dağıldığı gözlendi. Bu durum mitokondriyi sindirmede görev alacak yumurtada bulunan enzimleri ve organelleri babadan gelen mitokondriye doğru çekmeye başlıyor.
Araştırmacılar ilginç bir gözlem daha yapıyor: İç-zar yapısı dağılırken babadan aktarılan mitokondri zarları arasında bulunan bir enzim (CPS-6), mitokondri DNA'sının bulunduğu iç kısma sızıyor ve burada bulunan mitokondri DNA’sını parçalamaya başlıyor. Araştırmacılar bunu nedensel olarak kanıtlamak için, sperm mitokondrisinin kendini imhasında yer alan bu DNA-parçalayan-enzimi (bir mutasyon ile) işlemez hale getiriyor. Beklenildiği gibi, bu mutasyon sonucunda, spermden gelen mitokondri, embriyo gelişiminin ileriki aşamalarına kadar parçalanmadan hücreler içinde varlığını sürdürmeye devam ediyor. Araştırmacılar, babanın mitokondri DNA’sının bu enzim tarafından parçalanmasının, organelin dışarıdan sarılarak sindirilmesini hızlandırdığını düşünüyor.
BABADAN GELEN MİTOKONDRİ YOK EDİLMEZSE NE OLUR?
Peki babadan gelen mitokondri yok edilmezse embriyo gelişimi/sağlığı nasıl etkileniyor? Araştırmacılar, bu konuyu da yine sperm mitokondri DNA’sını parçalama görevi gören enzimi (CPS-6) işlemez hale getirerek inceliyorlar. Eğer babadan aktarılan mitokondri parçalanmadan hücre içinde varlığını sürdürürse, döllenmiş yumurtanın ölüm oranı 5 ile 23 kat arasında artıyor. Bu ölüm oranı, babadan gelen mitokondri DNA’sı mutasyonlu iken özellikle artıyor. Fakat babanın mitokondrisinde bulunan DNA mutasyona uğramamış, dizi olarak “sağlıklı” bir dizi dahi olsa, embriyo yine 5-7 kat daha fazla oranda ölüm ile karşılaşıyor. Yani DNA’sı nasıl olursa olsun, babanın mitokondrisinin yok edilmesi döllenmiş yumurtanın yaşamda kalması için faydalı gibi görünüyor. Bu artan ölüm oranının nedeni ise araştırılmayı bekliyor.
Sonuç olarak çalışma moleküler ve morfolojik düzeyde veriler ile babanın sperminden gelen mitokondrinin ve genetik materyalin nasıl yok edildiğine dair önemli yanıtlar sunuyor. Yanıt bekleyen diğer önemli soru ise neden sorusu. Yani, neden mitokondri genetik materyali yeni nesle sadece anneden aktarılıyor? Bu soruyu cevaplamak için hem anne hem babanın mitokondriyal DNA’sının yavru döle aktarılmaya devam ettiği mikrop türleri üzerinde yapılacak deneysel çalışmalara halen ihtiyaç var.
İlgili makale:
Zhou, Q vd. (2016) Mitochondrial endonuclease G mediates breakdown of paternal mitochondria upon fertilization. Science, DOI: 10.1126/science.aaf4777