Ľudské mitochondrie obsahujú extranukleárnu kruhovitú DNA s dĺžkou 16569 bp, mitochondriálnu DNA (mtDNA), ktoré sa autonómne replikujú. V bunke sa vyskytuje 1000 až 10 000 kópií. Každá mtDNA obsahuje husto organizované gény kódujúce 2 rRNA, 22 tRNA rozptýlených medzi jednotlivými génmi a 13 proteínov, ktoré sa zúčastňujú energetického metabolizmu bunky. Okrem už spomenutých kódujúcich sekvencií, mtDNA tiež obsahuje asi 1100 bp dlhý úsek nazývaný D-loop, kde leží miesto iniciácie replikácie tzv. H reťazca a miesto iniciácie transkripcie. Miesto pre replikácie L reťazca leží v malom nekódujúcom úseku asi 5.7 kb od začiatku replikácie H reťazca.

mtDNA má celý rad odlišností od jadrového genómu. Jednou z nich je aj pomerne vysoká rýchlosť mutácií molekuly mt DNA, ktorá je 5-10krát vyššia ako v jadrovom genóme, čo má asi svoju príčinu v chybách mitochondriálnej DNA polymerázy pri replikácii, deficiencii reparačných aktivít, pomerne agresívnom oxidačnom prostredí atď. Táto vysoká mutabilita potom spôsobuje, že mtDNA ľudskej populácie je pomerne široko sekvenčne a v menšej miere aj dĺžkovo variabilná. Ďalšou špecificitou mtDNA je jej striktne maternálna dedičnosť, s ktorou súvisí neprítomnosť rekombinácie počas meiózy*. Zaujímavá je aj skutočnosť, že ľudská mtDNA, aj napriek vysokému počtu kópií v bunke a na rozdiel od iných živočíšnych druhov, vykazuje u prevažnej väčšiny indivíduí vysoký stupeň homoplazmie.

Vyššie uvedené skutočnosti ako sekvenčná variabilita, maternálna dedičnosť apod. predurčili mtDNA na využite pri štúdiu ľudskej evolúcie. Tieto štúdie potom priniesli rad zaujímavých objavov a teórií, medzi ktoré patria napr. teórie determinujúce pôvod ľudského druhu či práce popisujúce evolučné vzťahy medzi jednotlivými ľudskými rasami a populáciami.

Okrem uvedenej skutočnosti sa sekvenčná variabilita, pomerne jednoduchá detekcia tejto variability a hlavne vysoký počet kópií mtDNA v bunke, využíva forenzná medicína pri identifikácii osôb. Robí sa predovšetkým z materiálov s veľmi obmedzeným množstvom DNA, kde zlyháva typizácia pomocou klasických jadrových markerov.

Na účely evolučných štúdií sú využívané hlavne polymorfizmy v kódujúcej oblasti mtDNA. Forenzná genetika analyzuje predovšetkým najviac polymorfnú oblasť nazývanú D-loop ohraničená génmi pre tRNA threinínu a phenylalanínu, ktorá obsahuje 3 hypervariabilné úseky (HVR-3). Nástroje, ktorými zisťujeme heterogenitu mtDNA v rámci určitej populácie sú v súčasnosti hlavne priame sekvenovanie a high resolution RFLP.

V súšasnosti bol dokončený výskum variability mitochondriálnej DNA českej a slovenskej populácie a výsledky boli publikované (viď článok č.43, 58, 64, 77, 78 a 79).


* - v roku 2002 bol publikovaný zatiaľ jediný prípad paternálneho prenosu mtDNA a v roku 2004 bolo pravdepodobne dokázané (nedá sa vylúčiť technický artefakt), že táto DNA u pacienta v niektorých bunkách rekombinuje.

Vyšetrenie

mtDNA je amplifikovaná pomocou primerov metódou PCR a vzniknuté produkty sú priamo sekvenované pomocou kapilárneho sekvenátora ABI Prism3130 XL (obr. 1).

  • Slideshow Format
    Obr.1

    Príklad časti sekvencie D-loopu mtDNA.