Papá, ¿Qué hace aquí tú mitocondria?

En esta época de libertades y de tolerancia parece ser que nuestra especie se lo ha tomado muy en serio. Tan en serio que algunas familias por azares del destino comparten mitocondrias de sus dos padres y las mitocondrias hasta hace unos días se creía que solo podían ser heredadas por la madre.

¿Las Mitocondrias?

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Las mitocondrias son pequeñas estructuras dentro de las células y son un tipo de organelo, los organelos son “los órganos” de las células y tienen funciones específicas dentro del metabolismo. En el caso de las mitocondrias estás tienen una función muy especial, nada más y nada menos que la respiración celular. Si esto no fuera poco, las mitocondrias tienen otra característica evolutiva muy importante, tienen su propio genoma y regulación, esto debido a que son bacterias aeróbicas, que en el proceso evolutivo fueron absorbidas por una gran célula y que evolucionó hasta lo que hoy llamamos célula eucariota.

¿Por qué se heredan solo de la madre?

Las mitocondrias se heredan de la madre porque se encuentra dentro del óvulo al momento de la fecundación. El espermatozoide también tiene mitocondrias que se encuentran en la base de su flagelo y sirven para darle la energía necesaria para el gran esfuerzo mecánico de ser el primer nadador en llegar a la célula prometida.

Una vez que alcanza al óvulo se da una reacción electroquímica que permite el paso del material genético del padre hacia el interior del óvulo y comienza la maravilla de una nueva vida. Pero no se permite el paso del espermatozoide ni de sus mitocondrias.

Cuando ya se lleva a cabo la fecundación el genoma tiene 50% de la madre y 50% del padre, más unos 37 genes con cerca de 17,000 pares de bases que son el genoma de la mitocondria. Estos 37 genes son una insignificancia comparada con el tamaño del genoma humano que es de unos 3000 millones de pares de bases.

¿Entonces las mitocondrias son de la madre?

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Eso es lo que hasta unos días se pensaba, pero el Dr. Taosheng Huang del Centro Médico del Hospital Infantil de Cincinnati ha publicado un artículo en la revista de la Academia de Ciencias de Estados Unidos (PNAS).

El Dr. Huang estudia las enfermedades genéticas en humanos causadas por deficiencia en las mitocondrias. Todo comenzó con un paciente de cuatro años que presentaba fatiga, parpado caído, bajo tono y dolor muscular, todos ellos síntomas comunes en padecimientos mitocondriales. Para confirmar su sospecha se realizó un estudio genético del ADN mitocondrial y los resultados fueron no determinantes, generalmente esto se atañe a un error humano, contaminación de los reactivos o simplemente mal manejo por lo que procedió a repetir la prueba, pero los resultados fueron los mismos. Al mirar más detenidamente se dio cuenta que el genoma de las mitocondrias del pequeño era demasiado variable por lo que nuevamente realizó la prueba, pero esta vez tomó varias muestras por separado y las mandó a otros laboratorios de colaboradores suyos para asegurarse de que no había error. Los resultados fueron exactamente los mismos.

¿Qué estaba pasando?

El Dr. Huang decidió investigar más a fondo y empezó a estudiar a la familia buscando algún desorden relacionado a enfermedad mitocondrial.

Su hermana mayor estaba sana y su hermana gemela presentaba un ligero retraso del habla; su abuelo, aunque había tenido un infarto al corazón no presentaba síntomas que indicaran que fuera causado por una enfermedad mitocondrial; por otro lado, su madre presentaba neuropatía y dolor muscular en la pierna síntomas asociados a enfermedad mitocondrial, pero fue diagnosticada con esclerosis múltiple.

EL Dr. Huang decidió hacer el estudio genético a toda la familia y los resultados fueron sorprendentes. La mamá y los 3 hijos tenían el mismo genoma mitocondrial y parecía haber más de una versión de algunos genes. Pero esto no fue lo más asombroso, el genoma de esta familia era la suma exacta de los genomas de los abuelos. Esto significaba que el padre había heredado sus mitocondrias y la familia tenía 2 juegos completos de genes mitocondriales.

Esto sorprendió a los investigadores por lo que decidieron ir aún más a fondo aumentando el mismo estudio involucrando a los bisabuelos y sus descendientes. Los resultados no dejaron de sorprender al Dr. Huang, Los bisabuelos eran normales, pero sus hijos no. Tres de los cuatro hermanos presentaban el mismo fenómeno, 2 mujeres y el abuelo del pequeño paciente.

La hija que era normal tuvo hijos que no presentaban esta anomalía. Las dos hijas que tenían las mitocondrias de los dos padres tuvieron hijos con los dos juegos completos, pero no se le sumaron las mitocondrias de sus padres.

Estos resultados son impactantes. Existe una anomalía en los varones que permite que se hereden las mitocondrias a los hijos. Y en el caso de nuestro pequeño paciente, su mamá y sus hermanas tienen al menos 3 diferentes tipos de mitocondrias, un juego de su abuela y 2 juegos de su padre, que corresponden a las mitocondrias de los bisabuelos.

Estos datos son sorprendentes y el Dr. Huang decidió investigar aún más en pacientes que habían presentado resultados no concluyentes en sus análisis, encontrando que al menos otras 2 familias presentaban el mismo fenómeno de herencia mitocondrial paterna.

¿Y qué importa que una persona tenga más de 1 juego genético mitocondrial?

El tener varias copias del mismo gen en general tiene su lado bueno y su lado malo. El lado bueno es que si una copia del gen esta defectuosa, el organismo puede en ocasiones vivir de manera normal si es que el gen bueno se expresa. La parte mala es que en condiciones normales probablemente ese organismo no sobreviviría lo que permite que genes dañinos permanezcan ocultos en la población.

En el caso de las enfermedades mitocondriales se había observado que son comunes en personas con heterogenia mitocondrial, es decir más de una copia genética en las mitocondrias, esto se consideraban como anomalías genéticas en las mitocondrias, pero ahora sabemos que podría ser por herencia paterna de mitocondrias.

Hay mucho que investigar todavía, ¿cuál es la mutación que permite la herencia de las mitocondrias? y ¿cómo interactúan distintos juegos de mitocondrias en la célula ahora que sabemos que el gen de Eva ya no es exclusivo de la madre?

Referencias

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. 2018. Biparental Inheritance of Mitochondrial DNA in Humans. PNAS.

Autor entrada: Salvador Castell

Biólogo marino con estudios de posgrado en biotecnología genómica, bioquímica, biología molecular y educación especial. Naturalista y entusiasta de la ciencia. Desarrollador de Proyectos educativos, desarrollo sustentable y transferencia tecnológica. "Conocimiento que no se transmite, no sirve de nada"