О значимости мутаций в митохондриальном геноме

Если принадлежность к той или иной Y-гаплогруппе, за исключением генеалогических и исторических целей, имеет пока не очень понятную значимость (вспоминается лишь заметка о повышенном риске сердечных приступов среди носителей Y-гаплогруппы I в Британии, и странное исследование о том, что у носителей гаплогрупп, более распространенных в развитых странах, в среднем более высокий IQ), то сомнений по поводу важности митогаплогрупп нет. Митохондриальный геном невелик, однако сами митохондриии играют в организме ключевую роль — обеспечивают клетки энергией.

Ряд интересных фактов о митохондриях был собран Вадимом Вереничем в его заметке годичной давности

Поскольку я принадлежу к митогруппе U4, меня наиболее интересуют именно ее особенности. Например, вот что пишет Борис Малярчук в работе «Сигналы адаптивной эволюции митохондриальных генов у европейцев»:

Поскольку современные европейцы являются отчасти потомками европейского населения эпохи верхнего
    плейстоцена, пережившего последнее оледенение, то вполне ожидаемым является присутствие в современ
    ном генофонде европейцев адаптивных вариантов, возникших в ледниковое время.

    Предполагается, что наиболее радикальные из
    менения свидетельствуют о влиянии адаптации,
    т.е. направленного отбора [11]. Результаты ана
    лиза показали, что только три замены являются
    радикальными (табл. 2). Одна из них возникла в
    момент образования гаплогруппы U4, характер
    ной для населения Восточной Европы, Запад
    ной и Южной Сибири, и две замены возникли в
    момент образования подгрупп U5a1 и U5a1a1b.

В чем именно заключалась адаптация, в работе подробно не раскрывается. однако кажется весьма вероятным, что адаптация произошла к холодному климату.

К чему ведет столь длинное вступление? Все это вспомнилось мне в связи с появившимся сегодня постом Maciamo Hay «Большинство крупных митогаплогрупп порождены мутациями в гене коэнзима Q»

Далее следует мой любительский перевод заметки на русский язык:

Анализируя филогению митоДНК, я заметил, что большинство широко распространенных, успешных митогаплогрупп появилось в результате мутаций гена MT-CYB, кодирующего протеин цитохром-б. Этот ген расположен между позициями 14747 и 15887.

Очень многие макрогаплогруппы определяются подобными мутациями, включая L0a’b’f, L1b, L1c, L2b’c, L3b, L3d, L3e1, L3e2, L3f, L3k, L5a, L6, M, N, HV, JT. К этим макрогаплогруппам принадлежит более 95% населения Африки и почти 100% людей, живущих вне ее. Многие основные или крупные гаплогруппы Европы и Ближнего Востока определяются дополнительными мутациями MT-CYB, например, H5a1, H13, J1c, J2, J2b, T, U1, U2b’c’d’e, U3, U4, U5a, K, W, W5, X1 и X3.

MT-CYB играет важнейшую роль в синтезе ATF (окислительное фосфорилирование). Мутации, произошедшие в ненужном месте, могут привести к непереносимости физических нагрузок и множественным патологиям. Мутации же, найденные в распространенных гаплогруппах, наверняка улучшают работу гена, предоставляя эволюционное преимущество своим носителям в текущих природных условиях.

Вот список основных митогрупп, содержащих мутации в гене MT-CYB. Я не включал все подгруппы, однако некоторые из них здесь есть. Идея в том, что мутации в этом разделе кодирующего региона встречаются редко, но появившись, приводят к резкому росту популяции своих носителей, порождая новые субклады.

В Африке:

L0a’b’f
L0b
L0f
L0d
L1b
L1c
L1c3
L2b’c (x2 мутации гена MT-CYB)
L2d
L5a
L6 (x5)
L2’3’4’6
L4b1a
L3a1 (x2)
L3b (x2)
L3f
L3e1 (x2)
L3e2
L3k
M (x2)
N
U6a1
U6a2
U6a3
U6a4
U6a7
U6c

В Восточной Евразии, Океании и Америке:

B4a1a
B4b’d’e’j
B4c
B5a
B5b (x4)
B5b2
C4
D4a
D4b1
D4b2a
E2
G1 (x2)
G2a1b
G3a
M10 (x2)
M12
M15
M17a (x2)
N5a
N9b
P
P3
P4a
P5
P7
P9
U2b’c’d’e
U2a2
U2b
U2c
Z
Z1
Z2
Z5

В Западной Евразии:

H2a2a (CRS)
H5a1
H7d
H13 (+ H13a1a1a)
HV
HV1a’b’c
JT
J1c
J2
J2a2
J2b
K
K1b1a
K2a1 (x2)
N1a1
N1b2
R1a
T (x2)
T2g
T3
U1
U1b
U1b1
U2d
U3
U3c
U4
U4c
U5a
U5a1
U5b1a
U5b1c
U5b1i
U7a5
U9a1
W
W5
X1
X3
X2e
X2g
X2j
X2l
X2n

Некоторые дополнения:

Любопытно, что самые распространенные субклады гаплогруппы U, которые по настоящему преуспели — это те, кто получил свою мутацию в гене MT-CYB.

Внутри гаплогруппы U2 первая мутация произошла у U2b’c’d’e. U2a2 получила свою мутацию, оставив с предковым вариантом MT-CYB лишь U2a1. Каждая из южноазиатских веток получила свою дополнительгую мутацию, в отличие от европейской U2e. Возможно, это и объясняет тот факт, что U2e слабо распространена в Европе, несмотря на свое присутствие там на протяжении как минимум 33 тысяч лет. В то же время U2a, U2b и U2c получили в Индии широкое распространение.

Гаплогруппа U8 — тоже одна из старейших в Европе (в Чехии найден образец возрастом 31 тысячу лет), но лишь один из ее субкладов распространен с частотой более, чем 0,5% у европейцев. Он был переименован из U8b2 в гаплогруппу K, поскольку оказался в 20 раз успешнее всех остальных субкладов U8, вместе взятых. Вероятно, неслучайно одна из его определяющих мутаций произошла на MT-CYB.

Гаплогруппа U6 не получила мутации MT-CYB, в отличие от других субкладов U высокого уровня. Однако позже произошли отдельные мутации в пяти субкладах U6a (U6a1, U6a2, U6a3, U6a4, U6a7), и в U6c. Возможно, благодаря этому разнообразию, ветви U6a отлично адаптировались к разным климатическим зонам и преуспели, в то время как U6b осталась мало распространена.

Мутация MT-CYB произошла у макрогаплогруппы JT, затем еще дважды у T, которая стала одной из наиболее успешных европейских и ближневосточных гаплогрупп. После долгого отхода от JT, гаплогруппа T внезапно испытала взрывной рост. J2a2 и J2b, два распространенных на Ближнем Востоке и в Северной Африке субклада, тоже определяются мутациями MT-CYB. Более редкие субклады, такие, как J1a, J2a1 и J1d не получили новых мутаций MT-CYB. То же относится и к J1b, однако у некоторых ее субкладов (J1b1a3, J1b2a) они есть. Сравнительно позднее приобретение, которое, возможно, объясняет, почему J1b была не слишком распространена в Европе до бронзового века.

Гаплогруппы H и V широко распространились после мутации T14766C во все том же гене MT-CYB, и быстро разделились на более чем сотню ветвей. Интересно, что субклады, ставшие доминирующими в неолитической Европе (а именно, H5a1 and H13), получили дополнительные мутации MT-CYB. У остальных субкладов трудно найти что-то подобное, что может косвенно говорить нам об особенной эффективности мутации T14766C

Остальные европейские гаплогруппы, не входящие в HV, JT или UK, в основном не получили мутаций MT-CYB — и в результате остались мелкими линиями, как N1a, N1b, N1c, N2a, N3, R1, R2. Лишь немногие выросли достаточно, чтобы породить собственные гаплогруппы верхнего уровня. Это N2b, ставшая гаплогруппой W, и N1a1b2, ставшая I. Ожидаемо, W определяется мутацией MT-CYB. Для гаплогруппы I мутация произошла в предковой группе N1a1, бывшей крупной неолитической гаплогруппой, но в основном дошедшей до наших дней в форме I. Кстати, гаплогруппа I определяется редкой мутацией в транспортной РНК, кодирующей глицин, нейромедиаторную аминокислоту.

Реклама

О значимости мутаций в митохондриальном геноме: Один комментарий

  1. Спасибо Сергей. Вариабельность цитохрома b была известна и ранее и использовалась для анализа филогенетическими отношениями между биологическими видами и родам. От себя добавлю некоторые сведения насчет другого продукта митохондриального гена — цитохрома с. От себя добавлю на тему мутаций в митогене CYB (комплекс, кодирующий производства важного белка цитохрома с). Апоптоз, процесс запрограммированной самоликвидации на клеточном уровне, обычно запускается выходом из митохондрий белка цитохрома с, служащего сигналом для начала каскада химических реакций с участием каспаз и других ферментов, расщепляющих белки, хроматин, прочие структуры, и приводящих быстрой гибели клетки. Если апоптоз и автофагия действуют несопряженно, то они омолаживают колонию или ткань, уничтожая старые, больные, мутантные клетки и освобождая ресурсы для молодых. Апоптоз также может быть запущен внеклеточными сигналами, например, гормонами. В этом случае клетки гибнут не в одиночку, а сопряженно – группами и органами вплоть до целых организмов. Впрочем, массовая гибель клеток случается не только при нарушениях, но и при нормальном развитии.
    Согласно расчетам Манфреда Эйгена количество вариантов молекул цитохрома C настолько велико, что для его реализации не хватит массы Вселенной. А реальный цитохром C отнюдь не столь изменчив. Это небольшой белок, содержащий чуть более сотни аминокислотных остатков. Оказалось, что 16 кодонов гена цитохрома мутируют с высокой скоростью, 65 – со скоростью в 3,2 раза меньшей, а 32 не мутируют совсем. Ясно, что мутации в них все-таки происходят, но тогда белок перестает выполнять свою функцию быть переносчиком электрона в циклах окисления и организм – носитель мутации – погибает от удушья. В этом белке (цитохроме с) присутствуют 32 аминокислоты (вернее их остатков) которые идентичны практически у всех существ с клеточным дыханием, зато остальные отличаются просто бешеной и нереальной скоростью мутации

Добавить комментарий

Please log in using one of these methods to post your comment:

Логотип WordPress.com

Для комментария используется ваша учётная запись WordPress.com. Выход / Изменить )

Фотография Twitter

Для комментария используется ваша учётная запись Twitter. Выход / Изменить )

Фотография Facebook

Для комментария используется ваша учётная запись Facebook. Выход / Изменить )

Google+ photo

Для комментария используется ваша учётная запись Google+. Выход / Изменить )

Connecting to %s