Ученые научились регулировать потребление пищи путем замены митохондриальных геномов

Многие из характеристик, которые делают людей столь непохожими друг на друга, часто являются результатом небольших различий в ДНК между индивидуумами. Изменение только одного основания в нашей ДНК может вызвать значительные изменения в таких признаках, как длина сна, вес и рост, и, к сожалению, они также могут стать источником заболевания.

Чтобы уверенно связать вариацию внутри гена или генома (то, что биологи называют "генотипами") и вариацию признаков ("фенотипы"), ученым в идеале нужны стандартизированные генетические инструменты. Одним из них является генетическая референс-панель Drosophila (DGRP), которая состоит из >200 линий плодовой мухи Drosophila melanogaster. Каждая линия в DGRP была полностью секвенирована своим геномом, так что ученые могут обнаружить различия между генотипами, а затем связать их с различиями между фенотипами, представляющими интерес.

Большая часть ДНК в эукариотических клетках, которые составляют высшие организмы, такие как дрозофилы и люди, плотно упакована внутри ядра клетки. Но почти все эукариотические клетки также имеют митохондрии, органеллу, которую часто называют "энергетическим центром клетки". Митохондрии уникальны тем, что у них есть своя собственная ДНК со своим собственным определенным набором генов.

Исследования показали, что изменение митохондриальных генов связано с такими заболеваниями, как ожирение, диабет 2 типа, рассеянный склероз и шизофрения. Проблема заключается в том, что, в отличие от "обычных" генов в ядерных геномах, мы на самом деле очень мало знаем о том, как вариация в митохондриальных генах связана с вариацией фенотипов.

Именно к этому обратились Роэл Беверс и Мария Литовченко из лаборатории Барта Депланке в EPFL в статье, опубликованной в журнале Nature Metabolism. Исследователи провели комплексное исследование, связывающее вариацию митохондриальной ДНК с различными признаками в линиях плодовых мух DGRP. Полученные результаты могут быть включены в будущие общегеномные ассоциативные исследования (GWAS) для получения более подробной информации о том, как вариации в генах-ядерных и митохондриальных, а также их взаимодействия—влияют на различные черты и заболевания.

"До сих пор исследования DGRP были в основном сосредоточены на генетических вариантах в ядре из-за низкого покрытия митохондриальной ДНК", - говорит Депланке. "В этом исследовании мы хотели исследовать влияние вариации митохондриальной ДНК на признаки в этих линиях мухи."

Его команда повторно секвенировала митохондриальные геномы 169 линий плодовых мух DGRP, что позволило им идентифицировать 231 вариант гена. Затем они рассмотрели "гаплотипы митохондриальной ДНК", которые представляют собой группы вариантов, которые всегда наследуются вместе, идентифицируя 12 различных гаплотипов среди изученных линий мухи.

Интересно, что эти гаплотипы оказались связанными с целым рядом метаболических фенотипов и заболеваний. 

"Мы обнаружили много связей с особенностями, связанными со стрессом и метаболизмом, включая потребление пищи у мужчин", - говорит Депланке. 

Чтобы подтвердить это, исследователи поменяли местами митохондриальные геномы между линиями плодовых мух, что фактически изменило пищевое поведение самцов: митохондриальный гаплотип, связанный с высоким потреблением пищи, мог увеличить потребление пищи в линиях мух, которые первоначально демонстрировали низкое потребление пищи.

Эта работа может помочь будущим исследованиям, обеспечив более высокое разрешение для соединения генов и признаков, например, пищевого поведения. 

"Существует важная митохондриальная гаплотип-специфическая метаболическая вариация в DGRP", - заключают авторы. "Это свидетельствует о важности включения таких гаплотипов в исследования взаимосвязи генотипа и фенотипа."