Il DNA mitocondriale può essere ereditato anche dal padre?

Un principio di biologia elementare è che i mitocondri, talvolta considerati semplicisticamente le centrali energetiche della cellula, e il loro DNA siano ereditati esclusivamente dalle madri. Uno studio internazionale provocatorio suggerisce che anche i padri possano contribuire occasionalmente


Il DNA degli organismi eucarioti (come animali, piante e funghi) è immagazzinato in due compartimenti cellulari: nel nucleo e negli organelli chiamati mitocondri, che trasformano i nutrienti in energia (respirazione cellulare) per consentire le funzioni cellulari. Il nucleo ospita la maggior parte dei geni (nella specie Homo sapiens superavvolti in 46 cromosomi) di cui metà è ereditata dall’uovo della madre e metà dallo spermatozoo del padre. Al contrario, si pensava che il DNA mitocondriale (mtDNA) derivasse esclusivamente da ovuli materni, senza alcun contributo paterno.

La ricercatrice Shiyu Luo del Maternal and Child Health Hospital of Guangxi Zhuang e colleghi sfidano questo dogma biologico della stretta eredità materna del mtDNA nell’uomo e sostengono che, in rari casi, il padre potrebbe trasmettere il suo mtDNA alla prole. Un precedente lavoro ha dimostrato che la mitofagia, il processo mediante il quale le cellule “mangiano” i propri mitocondri, ha un ruolo nell’eliminazione selettiva dei mitocondri paterni. Lo schema di ereditarietà del mtDNA paterno nello studio, pubblicato su PNAS, di Luo et al. suggerisce che un gene non ancora identificato su uno degli autosomi (cromosomi non sessuali) è coinvolto nell’eliminazione dei mitocondri paterni.

La ricerca è iniziata con lo studio di un giovane ragazzo sospettato di avere una malattia mitocondriale. Gli autori hanno eseguito il sequenziamento del mtDNA ad alta risoluzione, ma non hanno identificato mutazioni del mtDNA causate da malattie. Tuttavia l’analisi ha rivelato livelli insolitamente elevati di eteroplasmia del mtDNA (una situazione che vede la presenza di molecole di mtDNA normali e mutanti che coesistono in una singola cellula). Curiosamente, lo stesso insolito modello di variazione del mtDNA è stato riscontrato nella madre del ragazzo e nelle sue due sorelle sane.

Per rintracciare l’origine di questo misterioso pattern del mtDNA, i ricercatori hanno esteso l’indagine anche alla generazione precedente. Il sequenziamento del mtDNA dei nonni materni del ragazzo ha rivelato un contributo inaspettato: il suo insolito pattern del mtDNA sembra essere il prodotto del mtDNA di entrambi i nonni. Gli autori hanno poi identificato altre due famiglie aggiuntive e non imparentate che pare abbiano una trasmissione mitocondriale biparentale. Uno scenario simile è stato precedentemente osservato in un individuo con malattia mitocondriale che aveva una variante di mtDNA ereditata per via paterna. Insieme, sostengono gli scienziati, questi rapporti forniscono prove per l’eredità mitocondriale biparentale negli esseri umani.

Luo et al. ipotizzano che l’eteroplasmia del mtDNA è spesso trascurata nella diagnostica quando non coinvolge una variante che causa la malattia. Se il contributo paterno al mtDNA è più comune di quanto realizzato in precedenza, ciò potrebbe cambiare alcuni tempi stimati dell’evoluzione umana, poiché questi sono spesso basati su previsioni di variazione della sequenza del mtDNA sotto l’assunzione dell’eredità materna esclusiva.

Indubbiamente sono necessari ulteriori studi per identificare più casi di potenziale ereditarietà dell’mtDNA paterno e per determinare le conseguenze funzionali di tale eteroplasmia.


Fonti
Shiyu Luo, C. Alexander Valencia, Jinglan Zhang, Ni-Chung Lee, Jesse Slone, Baoheng Gui, Xinjian Wang, Zhuo Li, Sarah Dell, Jenice Brown, Stella Maris Chen, Yin-Hsiu Chien, Wuh-Liang Hwu, Pi-Chuan Fan, Lee-Jun Wong, Paldeep S. Atwal, and Taosheng Huang. Biparental Inheritance of Mitochondrial DNA in Humans. PNAS December 18, 2018 115 (51) 13039-13044; published ahead of print November 26, 2018 https://doi.org/10.1073/pnas.1810946115

Immagine: Louisa Howard [Public domain], attraverso Wikimedia Commons