La membrana interna di ogni mitocondrio contiene pieghe particolari chiamate creste. In un mitocondrio normale (a sinistra) queste pieghe riempiono l'interno, ma in quello danneggiato o disfunzionale si perdono (a destra). Credit: Gary CarlsonLa scoperta di un «effetto età materna» da parte di un team di scienziati della Penn State, che potrebbe essere usato per prevedere l'accumulo di mutazioni del DNA mitocondriale nelle cellule dell'ovulo materno - e la trasmissione di queste mutazioni ai figli - potrebbe fornire informazioni preziose per la consulenza genetica.

Queste mutazioni causano più di 200 malattie e contribuiscono ad altre, come il diabete, il cancro, il Parkinson e l'Alzheimer.

Lo studio ha scoperto tassi più alti di varianti del DNA mitocondriale nei bambini nati da madri più anziane, come pure nelle madri stesse. La ricerca è stata pubblicata nella edizione online del 13 ottobre 2014 di Proceedings of the National Academy of Sciences.

I mitocondri sono strutture all'interno delle cellule che producono energia e che contengono il loro proprio DNA. "Molte malattie mitocondriali colpiscono più di un sistema nel corpo umano", ha detto Kateryna Makova, professore di biologia e uno dei ricercatori principali dello studio. "Colpiscono organi che richiedono molta energia, compreso il cuore, il muscolo scheletrico e il cervello. Sono malattie devastanti e senza cura, così i nostri risultati circa la loro trasmissione sono molto importanti".

Il team di ricerca multidisciplinare ha organizzato lo studio per capire se l'età materna è importante per l'accumulo di DNA mitocondriale (mtDNA), sia nella madre che nel bambino, come risultato della trasmissione. Collaborando con Ian Paul, pediatra della Penn State, ha prelevato campioni di sangue e di cellule all'interno della guancia di 39 coppie sane madre-bambino. Poiché il mtDNA viene ereditato solo dalla madre, il mtDNA paterno non era un fattore dello studio. Esaminare individui sani ha dato ai ricercatori una base per futuri studi sulle mutazioni che causano malattie.

Sequenziando il DNA, i ricercatori hanno trovato varie mutazioni nel sangue e nelle cellule della guancia delle madri più anziane nello studio. L'età materna delle partecipanti allo studio variava da 25 a 59 anni. "Questo risultato non è sorprendente", ha detto la Makova, "perché con l'avanzare dell'età le cellule continuano a dividersi, e quindi avremo più geni mutanti". Ma la sorpresa è stata trovare maggiori tassi di mutazioni nei bambini nati da madri più anziane. I ricercatori ritengono che avvenga un processo di mutazione simile sia nelle cellule dei corpi delle madri che nelle loro linee germinali.

Lo studio ha portato ad un'altra importante scoperta sullo sviluppo dell'ovulo. Anche se si sapeva che l'ovulo in fase di sviluppo passa attraverso un periodo di «collo di bottiglia», che diminuisce il numero di molecole di mtDNA, gli scienziati non sapevano le dimensioni di questo collo di bottiglia. "Se il collo di bottiglia è grande, il corredo genetico dei mitocondri della madre verrà passato ai suoi figli", ha spiegato la Makova. "Tuttavia, se è molto piccolo - se vi è una grave diminuzione delle molecole mitocondriali durante lo sviluppo dell'ovulo - la composizione genetica del bambino potrebbe differire notevolmente da quello della madre. Quello che abbiamo scoperto è che questo collo di bottiglia è davvero molto piccolo".

Questo risultato è particolarmente importante per le madri che hanno una malattia mitocondriale. Per molte malattie mitocondriali, perchè la malattia si manifesti, dal 70 all'80 per cento delle molecole devono avere la variante patogenetica. Ma per altre, basta solo il 10 per cento delle molecole di mtDNA con la variante  per scatenare la malattia. "Se il collo di bottiglia è molto piccolo, come abbiamo riscontrato nel nostro studio, tali percentuali possono cambiare radicalmente", ha detto la Makova. "Conoscere la dimensione del collo di bottiglia ci permette di prevedere, all'interno di un intervallo, la percentuale di molecole portatrici di malattie che saranno passate al bambino".

Conoscere sia l'effetto dell'età materna che la dimensione del collo di bottiglia è utile per la pianificazione familiare. "Abbiamo ora un qualche potere predittivo e possiamo assistere i consulenti genetici nel consigliare le coppie sulle probabilità che malattie mitocondriali siano passate alla successiva generazione", ha detto la Makova. "Tutti sono preoccupati per la sindrome di Down, perché questo è un problema genetico comune. Abbiamo ora aggiunto anche un altro gruppo di malattie genetiche che potrebbero essere interessate dall'età della madre. E' bene che le coppie abbiano questa conoscenza quando prendono decisioni di  pianificazione famigliare".

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Oltre alla Makova, facevano parte del gruppo di ricerca  gli studenti Boris Rebolledo-Jaramillo e Nicholas Stoler; il ricercatore post-dottorato Marcia Shu-Wei Su; lo scienziato forense Jennifer A. Mc Elhoe; l'associato di ricerca Daniel Blankenberg; il professore di Statistica Francesca Chiaromonte; il professore associato di Scienze Forensi Mitchell M. Holland; e il professore di Biochimica e Biologia Molecolare Anton Nekrutenko. Il team comprende anche Ben Dickins alla Nottingham Trent University nel Regno Unito e Thorfinn Korneiussen e Rasmus Nielsen della University of California-Berkeley.

La ricerca è stata finanziata dalla Penn State, dal Pennsylvania Department of Health e dal Battelle Memorial Institute.

Fonte: Krista Weidner in Penn State  (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.

Riferimenti:  Boris Rebolledo-Jaramillo, Marcia Shu-Wei Su, Nicholas Stoler, Jennifer A. Mcelhoe, Benjamin Dickins, Daniel Blankenberg, Thorfinn S. Korneliussen, Francesca Chiaromonte, Rasmus Nielsen, Mitchell M. Holland, Ian M. Paul, Anton Nekrutenko, and Kateryna D. Makova. Maternal age effect and severe germ-line bottleneck in the inheritance of human mitochondrial DNA. PNAS, October 2014 DOI: 10.1073/pnas.1409328111

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