Митохондриальная ДНК в ооцитах человека не накапливает мутации с возрастом

Исследователи из Университета Иоганна Кеплера в Линце (Австрия) и Пенсильванского университета (США) показали, что мутации в митохондриальной ДНК ооцитов с возрастом накапливаются намного медленнее, чем в митохондриальной ДНК соматических клеток.

Митохондрии отвечают не только за продукцию энергии в форме АТФ, но и за реакции на внутренний и внешний стресс; дисфункция этих органелл характерна для различных заболеваний. Митохондрии обладают собственным геномом, и медицинские проблемы могут быть связаны с мутациями в митохондриальной ДНК (мтДНК) — кольцевой двухцепочечной ДНК длиной 16,6 т.п.н., в которой находятся 37 генов, кодирующих 13 белков, 22 транспортные РНК (тРНК) и две рибосомные РНК (рРНК). Гены других продуктов, необходимых митохондрии, расположены в ядерном геноме.

МтДНК представлена в соматических клетках человека сотнями или тысячами копий; так, в клетках крови медианное число митохондриальных геномов — более ста, а в зрелых ооцитах — более 100 тысяч. Митохондрии человек получает от матери, поэтому вопрос о скорости накопления мутаций в мтДНК ооцитов весьма актуален. Некоторые исследования показали повышенную частоту таких мутаций у детей, рожденных женщинами старшего возраста. Однако это могло быть также результатом действия отбора после оплодотворения. В соматических тканях накопление мутаций мтДНК подробно изучено, но провести подобное исследование на ооцитах достаточно сложно.

Авторы статьи, опубликованной в Science Advances, ранее показали, что количество мутации в мтДНК увеличиваются с возрастом в ооцитах мышей, а у макак растет примерно до девяти лет и затем стабилизируется. Эти исследования были выполнены с помощью дуплексного секвенирования (секвенирования обеих нитей ДНК, которое позволяет отличить истинные варианты последовательности от ошибок ПЦР во время подготовки библиотеки и ошибок прочтения). В новой работе тот же подход был применен к человеческим ооцитам и соматическим клеткам.

Исследователи получили высококачественные последовательности мтДНК 22 женщин в возрасте от 20 до 42 лет, в основном европейского происхождения. МтДНК выделяли из ооцитов (от одного до пяти для каждой женщины), а также из образцов крови и слюны. В них выявляли отличия дуплексных консенсусных последовательностей (ДКС) всех клеток индивида от референсного митохондриального генома человека (таких отличий было от 8 до 40), а также варианты, отличающиеся от большинства ДКС в образце.

В общей сложности авторы идентифицировали 4643 вариантов, в том числе 148 наследуемых гетероплазмий (вариантов последовательности мтДНК, которые присутствовали во всех соматических тканях и хотя бы в одном ооците донора). Из оставшихся вариантов исключили с помощью специальных подходов варианты с неопределенным временем появления (те, которые также могут быть наследуемыми гетероплазмиями или очень ранними мутациями), варианты в начале и конце длинных гомополимерных последовательностей, которые могут быть ошибками картирования ридов, и другие потенциально недостоверные варианты. В итоге осталось 3525 высокодостоверных тканеспецифичных мутаций, возникших de novo в течение жизни женщины. 

Участниц исследования разделили на три группы по возрасту (младше 30 лет, от 30 до 34 и старше 34 лет). Оказалось, что мутаций в ооцитах всех трех групп намного меньше, чем в крови или слюне (примерно в 17–24 раза). В старших возрастных группах по сравнению с молодыми существенно возрастало количество мутаций в крови, незначительно в слюне, но в ооцитах возрастания не наблюдалось. В клетках крови старшей возрастной группы преобладали мутации, связанные с репликацией и одноцепочечным состоянием ДНК.

 Credit: Sci Adv. 2025. DOI:  10.1126/sciadv.adw4954 |  CC BY-NC 4.0

Если рассматривать положение найденных вариантов, то в ооцитах мутации с высокими аллельными частотами реже встречались в кодирующих, чем некодирующих областях, тогда как мутации с низкими аллельными частотами были более равномерно распределены по мтДНК. Это указывает на действие очищающего отбора. В мтДНК ооцитов также была ниже доля известных мутаций, связанных с заболеваниями.

Таким образом, мтДНК в ооцитах человека защищена от накопления мутаций, имеющих функциональные последствия. Эти результаты особенно актуальны, поскольку возраст рождения первого ребенка во многих странах существенно повысился.