Herencia no mendeliana: mitocondrias

Las mitocondrias son orgánulos de doble membrana que constituyen el centro del metabolismo energético en las células eucariotas. Una de las características más destacadas de estas estructuras, cuya función principal es la producción de ATP, es que contienen un genoma independiente de origen procariota. Este genoma se denomina ADN mitocondrial (ADNmt) y se estudia en el ámbito de la genética mitocondrial.

Estructura y origen evolutivo del ADNmt: A diferencia del ADN nuclear, el ADN mitocondrial presenta una estructura circular y una longitud de 16.569 pares de bases. El ADNmt humano contiene 37 genes, 13 de los cuales codifican proteínas pertenecientes a los complejos de la cadena respiratoria, y el resto codifica ARN ribosómico (ARNr) y ARN de transferencia (ARNt). La singular estructura genética de las mitocondrias se atribuye a ancestros alfa-proteobacterianos dentro del marco de la teoría endosimbiótica.

Características únicas de la herencia mitocondrial: La herencia mitocondrial se aparta de la genética mendeliana. Casi todo el ADNmt se transmite por vía materna, ya que solo las mitocondrias del ovocito se transfieren al embrión durante la fecundación. Esto convierte al ADNmt en un biomarcador valioso en estudios filogenéticos y de genética poblacional. También se utiliza con frecuencia en el rastreo de linajes maternos y en estudios antropológicos.

ADN mitocondrial y transmisión materna: Las mitocondrias son orgánulos intracelulares responsables de la producción de energía y poseen su propio ADN (ADNmt). El ADN mitocondrial es circular y se transmite únicamente de madre a hijo. Esto distingue la herencia mitocondrial de los principios mendelianos clásicos. En el modelo mendeliano, cada individuo recibe la mitad de su información genética de su madre y la otra mitad de su padre, mientras que la genética mitocondrial se transmite únicamente por vía materna.

Implicaciones clínicas de la herencia no mendeliana: Las mutaciones que se producen en el ADN mitocondrial pueden provocar enfermedades hereditarias que afectan a tejidos que requieren mucha energía, como el sistema nervioso, el tejido muscular, el músculo cardíaco y la retina. Algunas de estas enfermedades incluyen:

Heteroplasmia y variabilidad fenotípica: Otro concepto relevante en la genética mitocondrial es la heteroplasmia. La presencia de ADNmt mutante y normal en la misma célula influye directamente en la gravedad de la enfermedad y la edad de inicio. Esto explica fenómenos como la penetrancia variable y la diversidad fenotípica en la herencia no mendeliana.

El papel de las mutaciones del ADNmt en la patogénesis: Los trastornos genéticos mitocondriales se caracterizan por la interrupción de la producción de energía celular y afectan específicamente a los tejidos con alta demanda energética. Las mutaciones patológicas del ADNmt se asocian con enfermedades mitocondriales como la neuropatía óptica hereditaria de Leber (NOHL), MELAS (encefalomiopatía mitocondrial, acidosis láctica y episodios similares a ictus) y MERRF. Estas enfermedades se caracterizan frecuentemente por heteroplasmia, variabilidad en la penetrancia y mosaicismo fenotípico.

Aplicaciones clínicas y biotecnológicas de la genética mitocondrial: El ADN mitocondrial se utiliza no solo para comprender enfermedades hereditarias, sino también en análisis forenses, investigación de ADN antiguo y biotecnología de la fertilidad. La tecnología de embriones de tres progenitores (terapia de reemplazo mitocondrial) permite la prevención de enfermedades mitocondriales hereditarias a nivel de la línea germinal. La genética mitocondrial es una disciplina importante que amplía la comprensión de la genética nuclear clásica y conecta el metabolismo energético celular, la biología evolutiva y la medicina traslacional.