الحمض النووي للميتوكوندريا

معظم الحيوانات ( ثنائية التناظر ) تمتلك جينومًا ميتوكوندريًا دائريًا. مع ذلك، تضم مجموعتا الميدوزوزوا والكالكاريا أنواعًا ذات كروموسومات ميتوكوندرية خطية. ^{[ 17 ]} باستثناءات قليلة، تحتوي الحيوانات على 37 جينًا في حمضها النووي الميتوكوندري: 13 للبروتينات ، و22 للحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA) ، و2 للحمض النووي الريبوزي الريبوسومي (rRNA) . ^{[ 18 ]}

يبلغ متوسط ​​طول جينومات الميتوكوندريا لدى الحيوانات حوالي 16000 زوج قاعدي. ^{[ 18 ]} يمتلك شقائق النعمان Isarachnanthus nocturnus أكبر جينوم ميتوكوندريا بين جميع الحيوانات، إذ يبلغ طوله 80923 زوجًا قاعديًا. ^{[ 19 ]} أما أصغر جينوم ميتوكوندريا معروف في الحيوانات فيعود إلى قنديل المشط Vallicula multiformis ، ويتكون من 9961 زوجًا قاعديًا. ^{[ 20 ]}

في فبراير 2020، تم اكتشاف طفيلي مرتبط بقناديل البحر يُدعى Henneguya salminicola ، يفتقر إلى جينوم الميتوكوندريا ولكنه يحتفظ ببنى تُعتبر عضيات مرتبطة بالميتوكوندريا. علاوة على ذلك، كانت جينات الحمض النووي النووي المشاركة في التنفس الهوائي وتضاعف ونسخ الحمض النووي للميتوكوندريا إما غائبة أو موجودة فقط كجينات كاذبة . يُعد هذا أول كائن متعدد الخلايا معروف بانعدام التنفس الهوائي لديه وعيشه بشكل مستقل تمامًا عن الأكسجين. ^{[ 21 ] [ 22 ]}

يمتلك Armadillidium vulgare جينومًا كبيرًا بشكل فريد عند مقارنته بمتوسط ​​القشريات الأخرى بحوالي 30 كيلوبايت مما يسمح له بأن يكون كائنًا نموذجيًا في أبحاث الحمض النووي للميتوكوندريا ^{[ 23 ]} .

توجد ثلاثة أنواع مختلفة من جينوم الميتوكوندريا في النباتات والفطريات. النوع الأول هو جينوم دائري يحتوي على إنترونات (النوع 2) ويتراوح طوله بين 19 و1000 كيلو قاعدة. أما النوع الثاني فهو جينوم دائري (يتراوح طوله بين 20 و1000 كيلو قاعدة) وله بنية شبيهة بالبلازميد (1 كيلو قاعدة) (النوع 3). أما النوع الأخير فهو جينوم خطي يتكون من جزيئات DNA متجانسة (النوع 5). ^{[ 24 ] [ 25 ] [ 26 ]}

يوجد تباين كبير في محتوى وحجم جينات الحمض النووي للميتوكوندريا بين الفطريات والنباتات، على الرغم من وجود مجموعة فرعية أساسية من الجينات في جميع حقيقيات النوى (باستثناء القليل منها الذي لا يحتوي على ميتوكوندريا على الإطلاق). ^{[ 10 ]} أما في الفطريات، فلا يوجد جين واحد مشترك بين جميع جينومات الميتوكوندريا. ^{[ 27 ]} تمتلك بعض أنواع النباتات جينومات ميتوكوندريا ضخمة، حيث يحتوي الحمض النووي للميتوكوندريا في نبات Silene conica على ما يصل إلى 11,300,000 زوج قاعدي. ^{[ 28 ]} ومع ذلك، حتى هذه الجينومات الضخمة تحتوي على نفس عدد وأنواع الجينات الموجودة في النباتات ذات الصلة التي تمتلك جينومات ميتوكوندريا أصغر بكثير. ^{[ 29 ]} يتكون جينوم ميتوكوندريا الخيار ( Cucumis sativus ) من ثلاثة كروموسومات دائرية (بأطوال 1556 و84 و45 كيلوبايت)، وهي مستقلة كليًا أو إلى حد كبير فيما يتعلق بتضاعفها . ^{[ 30 ]}

تحتوي الطلائعيات على أكثر جينومات الميتوكوندريا تنوعًا، إذ يوجد خمسة أنواع مختلفة منها في هذه المملكة. كما توجد الأنواع 2 و3 و5 من جينومات النباتات والفطريات في بعض الطلائعيات، بالإضافة إلى نوعين فريدين من الجينوم. أحد هذين النوعين الفريدين عبارة عن مجموعة غير متجانسة من جزيئات الحمض النووي الدائرية (النوع 4)، بينما الآخر عبارة عن مجموعة غير متجانسة من الجزيئات الخطية (النوع 6). ويتراوح حجم كل من النوعين 4 و6 من 1 إلى 200 كيلو قاعدة.

أصغر جينوم للميتوكوندريا تم تسلسله حتى الآن هو جينوم mtDNA بطول 5967 زوجًا قاعديًا لطفيلي المتصورة المنجلية . ^{[ 31 ] [ 32 ]}

من المحتمل أن يفسر نقل الجينات التكافلي الداخلي ، وهي العملية التي يتم من خلالها نقل الجينات المشفرة في جينوم الميتوكوندريا إلى الجينوم الرئيسي للخلية، سبب امتلاك الكائنات الحية الأكثر تعقيدًا مثل البشر جينومات ميتوكوندريا أصغر من الكائنات الحية الأبسط مثل الطلائعيات.

تقع المحفزات المسؤولة عن بدء نسخ السلاسل الثقيلة والخفيفة في المنطقة الرئيسية غير المشفرة من الحمض النووي للميتوكوندريا، والتي تُسمى حلقة الإزاحة ( حلقة D) . ^{[ 46 ]} وتشير الأدلة إلى أن نسخ الحمض النووي الريبوزي للميتوكوندريا يُنظم بواسطة محفز السلسلة الثقيلة 1 (HSP1)، وأن نسخ النسخ متعددة الجينات التي تُشفر الوحدات الفرعية للبروتين يُنظم بواسطة HSP2. ^{[ 46 ]}

أظهر قياس مستويات الحمض النووي الريبوزي المشفر بواسطة الحمض النووي للميتوكوندريا في أنسجة الأبقار وجود اختلافات كبيرة في التعبير عن الحمض النووي الريبوزي للميتوكوندريا مقارنةً بإجمالي الحمض النووي الريبوزي في الأنسجة. ^{[ 53 ]} ومن بين الأنسجة الاثني عشر التي تم فحصها، لوحظ أعلى مستوى من التعبير في القلب، يليه الدماغ ثم عينات الأنسجة المنتجة للهرمونات الستيرويدية. ^{[ 53 ]}

كما يتضح من تأثير هرمون ACTH المحفز لنمو الخلايا الكظرية، فإن التعبير عن جينات الميتوكوندريا قد يخضع لتنظيم قوي بواسطة عوامل خارجية، وذلك على ما يبدو لتعزيز تخليق بروتينات الميتوكوندريا الضرورية لإنتاج الطاقة. ^{[ 53 ]} ومن المثير للاهتمام أنه في حين حفز هرمون ACTH التعبير عن الجينات المشفرة للبروتينات، لم تُظهر مستويات الحمض النووي الريبوزي 16S للميتوكوندريا أي تغيير يُذكر. ^{[ 53 ]}

في التكاثر الجنسي ، تُورَث الميتوكوندريا عادةً من الأم فقط؛ إذ تُدمَّر الميتوكوندريا في الحيوانات المنوية للثدييات عادةً بواسطة البويضة بعد الإخصاب. كما توجد الميتوكوندريا فقط في القطعة الوسطى، التي تُستخدم لدفع الحيوانات المنوية، وأحيانًا تُفقد القطعة الوسطى، مع الذيل، أثناء الإخصاب. في عام ١٩٩٩، أُفيد بأن ميتوكوندريا الحيوانات المنوية الأبوية (التي تحتوي على الحمض النووي للميتوكوندريا) تُوسَم باليوبيكويتين لاختيارها لتدميرها لاحقًا داخل الجنين . ^{[ ٦١ ]} قد تتداخل بعض تقنيات الإخصاب في المختبر ، وخاصةً حقن الحيوان المنوي في البويضة ، مع هذه العملية.

إن حقيقة أن الحمض النووي للميتوكوندريا يُورث في الغالب من الأم تُمكّن باحثي الأنساب من تتبع النسب الأمومي إلى عصور موغلة في القدم. ( يُستخدم الحمض النووي للكروموسوم Y ، الموروث من الأب، بطريقة مماثلة لتحديد النسب الأبوي ). ويتم ذلك عادةً على الحمض النووي للميتوكوندريا البشري عن طريق تسلسل مناطق التحكم شديدة التغير (HVR1 أو HVR2)، وأحيانًا جزيء الحمض النووي للميتوكوندريا بالكامل، كاختبار للأنساب . ^{[ 62 ]} تتكون منطقة HVR1، على سبيل المثال، من حوالي 440 زوجًا من القواعد. تُقارن هذه الأزواج الـ 440 من القواعد مع نفس المناطق لدى أفراد آخرين (إما أشخاص محددين أو عناصر في قاعدة بيانات) لتحديد النسب الأمومي. في أغلب الأحيان، تُجرى المقارنة مع تسلسل كامبريدج المرجعي المُعدّل . وقد نشر فيلا وآخرون دراسات تتبع النسب الأمومي للكلاب المنزلية من الذئاب. ^{[ 63 ]} يعتمد مفهوم حواء الميتوكوندريا على نفس نوع التحليل، في محاولة لاكتشاف أصل البشرية من خلال تتبع السلالة عبر الزمن.

من المتوقع أن تخضع الكائنات الحية التي تخضع للوراثة أحادية الأبوين والتي لا تشهد إعادة تركيب جيني تُذكر لظاهرة "آلية مولر" ، وهي تراكم الطفرات الضارة حتى فقدان الوظيفة. تتجنب مجموعات الميتوكوندريا في الحيوانات هذه الظاهرة من خلال عملية تطورية تُعرف باسم " عنق الزجاجة في الحمض النووي للميتوكوندريا" . يستغل هذا العنق العمليات العشوائية داخل الخلية لزيادة التباين بين الخلايا في الحمل الطفري أثناء نمو الكائن الحي: فخلية بويضة واحدة تحتوي على نسبة معينة من الحمض النووي للميتوكوندريا الطافر تُنتج جنينًا تختلف فيه أحمال الطفرات بين الخلايا. بعد ذلك، قد يعمل الانتقاء على مستوى الخلية على إزالة الخلايا التي تحتوي على كمية أكبر من الحمض النووي للميتوكوندريا الطافر، مما يؤدي إلى استقرار أو انخفاض الحمل الطفري بين الأجيال. لا تزال الآلية الكامنة وراء هذه المشكلة محل نقاش، ^{[ 64 ] [ 65 ] [ 66 ] [ 67 ]} حيث قدمت دراسة تحليلية رياضية وتجريبية حديثة أدلة على وجود مزيج من التوزيع العشوائي للحمض النووي للميتوكوندريا عند انقسام الخلايا والتجدد العشوائي لجزيئات الحمض النووي للميتوكوندريا داخل الخلية. ^{[ 40 ]}

تم اكتشاف وراثة الحمض النووي للميتوكوندريا الذكرية في دجاج بليموث روك . ^{[ 68 ]} وتدعم الأدلة وجود حالات نادرة من وراثة الميتوكوندريا الذكرية في بعض الثدييات أيضًا. على وجه التحديد، توجد حالات موثقة في الفئران، ^{[ 69 ] [ 70 ]} حيث تم رفض الميتوكوندريا الموروثة من الذكور لاحقًا. كما تم العثور عليها في الأغنام، ^{[ 71 ]} وفي الماشية المستنسخة. ^{[ 72 ]} تم توثيق حالات نادرة من وراثة الميتوكوندريا الذكرية في البشر. ^{[ 73 ] [ 74 ] [ 75 ] [ 57 ]} على الرغم من أن العديد من هذه الحالات تشمل أجنة مستنسخة أو رفضًا لاحقًا للميتوكوندريا الأبوية، إلا أن حالات أخرى توثق الوراثة في الجسم الحي واستمرارها في ظروف المختبر.

لوحظت وراثة أحادية الأبوين المزدوجة للحمض النووي للميتوكوندريا في الرخويات ثنائية الصدفة. في هذه الأنواع، تمتلك الإناث نوعًا واحدًا فقط من الحمض النووي للميتوكوندريا (F)، بينما يمتلك الذكور الحمض النووي للميتوكوندريا من النوع F في خلاياهم الجسدية، ولكن من النوع M (الذي قد يصل تباينه إلى 30%) في الخلايا الجنسية . ^{[ 76 ]} كما تم الإبلاغ عن وجود ميتوكوندريا موروثة من الأب في بعض الحشرات مثل ذباب الفاكهة ، ^{[ 77 ] [ 78 ]} ونحل العسل ، ^{[ 79 ]} والزيز الدوري . ^{[ 80 ]}

تُنتج تقنية التلقيح الاصطناعي المعروفة باسم التبرع بالميتوكوندريا أو العلاج باستبدال الميتوكوندريا (MRT) ذريةً تحتوي على الحمض النووي للميتوكوندريا من أنثى متبرعة، والحمض النووي النووي من الأم والأب. في إجراء نقل المغزل، تُزرع نواة بويضة في سيتوبلازم بويضة من أنثى متبرعة أُزيلت نواتها ولكنها لا تزال تحتوي على الحمض النووي للميتوكوندريا الخاص بها. ثم تُخصب البويضة المركبة بحيوانات منوية من الذكر. يُستخدم هذا الإجراء عندما ترغب امرأة تعاني من خلل جيني في الميتوكوندريا في الإنجاب وإنجاب ذرية بميتوكوندريا سليمة. ^{[ 81 ]} أول طفل معروف وُلد نتيجة التبرع بالميتوكوندريا كان صبيًا وُلد لزوجين أردنيين في المكسيك في 6 أبريل 2016. ^{[ 82 ]}

لا يزال مفهوم أن الحمض النووي للميتوكوندريا (mtDNA) أكثر عرضةً لأنواع الأكسجين التفاعلية الناتجة عن سلسلة التنفس الخلوي بسبب قربه من النواة موضع جدل. ^{[ 83 ]} لا يتراكم في الحمض النووي للميتوكوندريا تلفٌ قاعديٌّ تأكسديٌّ أكثر من الحمض النووي النووي. ^{[ 84 ]} وقد أُفيد بأن بعض أنواع تلف الحمض النووي التأكسدي تُصلح بكفاءة أكبر في الميتوكوندريا مقارنةً بالنواة. ^{[ 85 ]} يُغلَّف الحمض النووي للميتوكوندريا ببروتينات تبدو واقيةً مثل بروتينات الكروماتين النووي. ^{[ 86 ]} علاوةً على ذلك، طوّرت الميتوكوندريا آليةً فريدةً تحافظ على سلامة الحمض النووي للميتوكوندريا من خلال تحلل الجينومات المتضررة بشدة، يليه تضاعف الحمض النووي للميتوكوندريا السليم/المُصلَح. هذه الآلية غير موجودة في النواة، وتُفعَّل بفضل وجود نسخ متعددة من الحمض النووي للميتوكوندريا في الميتوكوندريا. ^{[ 87 ]} قد تكون نتيجة الطفرة في الحمض النووي للميتوكوندريا تغييرًا في التعليمات المشفرة لبعض البروتينات، ^{[ 88 ]} والتي قد يكون لها تأثير على استقلاب الكائن الحي و/أو لياقته.

يمكن أن تؤدي طفرات الحمض النووي للميتوكوندريا إلى عدد من الأمراض، بما في ذلك عدم تحمل الجهد البدني ومتلازمة كيرنز-ساير (KSS)، التي تُسبب فقدان الشخص لوظائف القلب والعينين والعضلات بشكل كامل. تشير بعض الأدلة إلى أنها قد تُساهم بشكل كبير في عملية الشيخوخة والأمراض المرتبطة بها . ^{[ 89 ]} في سياق المرض تحديدًا، تُسمى نسبة جزيئات الحمض النووي للميتوكوندريا الطافرة في الخلية بالتغاير البلازمي . يُحدد توزيع التغاير البلازمي داخل الخلية وبين الخلايا بداية المرض وشدته ^{[ 90 ]} ، ويتأثر بعمليات عشوائية معقدة داخل الخلية وأثناء النمو. ^{[ 40 ] [ 91 ]}

قد تكون الطفرات في الحمض النووي الريبوزي الناقل للميتوكوندريا مسؤولة عن أمراض خطيرة مثل متلازمتي MELAS و MERRF . ^{[ 92 ]}

قد تُساهم الطفرات في الجينات النووية التي تُشفّر البروتينات التي تستخدمها الميتوكوندريا في الإصابة بأمراض الميتوكوندريا. ولا تتبع هذه الأمراض أنماط الوراثة الميتوكوندرية، بل تتبع أنماط الوراثة المندلية. ^{[ 93 ]}

استُخدمت مؤخرًا طفرة في الحمض النووي للميتوكوندريا (mtDNA) للمساعدة في تشخيص سرطان البروستاتا لدى المرضى الذين كانت نتائج خزعة البروستاتا لديهم سلبية . ^{[ 94 ] [ 95 ]} ويمكن الكشف عن تغيرات الحمض النووي للميتوكوندريا في السوائل الحيوية لمرضى السرطان. ^{[ 96 ]} يتميز الحمض النووي للميتوكوندريا بمعدل عالٍ من تعدد الأشكال والطفرات. ويُعترف على نحو متزايد بأن بعض هذه التغيرات سبب مهم لأمراض بشرية، مثل اضطرابات الفسفرة التأكسدية، وداء السكري والصمم الموروثين من الأم، وداء السكري من النوع الثاني، والأمراض التنكسية العصبية ، وفشل القلب، والسرطان.

على الرغم من أن الفكرة مثيرة للجدل، تشير بعض الأدلة إلى وجود صلة بين الشيخوخة واختلال وظائف جينوم الميتوكوندريا. ^{[ 97 ]} وباختصار، تُخلّ الطفرات في الحمض النووي للميتوكوندريا بالتوازن الدقيق بين إنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) والتخلص الأنزيمي منها (بواسطة إنزيمات مثل ديسموتاز الفائق ، والكاتالاز ، وبيروكسيداز الجلوتاثيون ، وغيرها). مع ذلك، فإن بعض الطفرات التي تزيد من إنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية (على سبيل المثال، عن طريق تقليل الدفاعات المضادة للأكسدة) في الديدان تزيد من عمرها، بدلاً من أن تُنقصه. ^{[ 83 ]} كذلك، تعيش فئران الخلد العارية ، وهي قوارض بحجم الفئران تقريبًا ، حوالي ثمانية أضعاف عمر الفئران على الرغم من انخفاض دفاعاتها المضادة للأكسدة، مقارنةً بالفئران، وزيادة الضرر التأكسدي الذي يلحق بالجزيئات الحيوية. ^{[ 98 ]} في السابق، كان يُعتقد بوجود حلقة تغذية راجعة إيجابية (حلقة مفرغة). مع تراكم التلف الجيني في الحمض النووي للميتوكوندريا نتيجة الجذور الحرة، تفقد الميتوكوندريا وظيفتها وتتسرب منها الجذور الحرة إلى السيتوسول . ويؤدي انخفاض وظيفة الميتوكوندريا إلى تقليل كفاءة التمثيل الغذائي بشكل عام. ^{[ 99 ]} ومع ذلك، فقد دُحض هذا المفهوم بشكل قاطع عندما تبين أن الفئران المعدلة وراثيًا لتراكم طفرات الحمض النووي للميتوكوندريا بمعدل متسارع للشيخوخة المبكرة، لكن أنسجتها لا تنتج المزيد من أنواع الأكسجين التفاعلية كما تنبأت به فرضية "الحلقة المفرغة". ^{[ 100 ]} ودعمًا للصلة بين طول العمر والحمض النووي للميتوكوندريا، وجدت بعض الدراسات ارتباطات بين الخصائص الكيميائية الحيوية للحمض النووي للميتوكوندريا وطول عمر الأنواع. ^{[ 101 ]} ويشير استخدام كاسح خاص بالميتوكوندريا لأنواع الأكسجين التفاعلية، والذي أدى إلى زيادة ملحوظة في عمر الفئران المدروسة، ^{[ 102 ]} إلى أن الميتوكوندريا قد تظل متورطة بشكل كبير في الشيخوخة. تُجرى أبحاثٌ مكثفةٌ لتعميق فهم هذه العلاقة وطرائق مكافحة الشيخوخة. ويُعدّ العلاج الجيني والمكملات الغذائية من المجالات البحثية الرائجة حاليًا. ^{[ 103 ] [ 104 ]} وقد حلّل بيلاكوفيتش وزملاؤه نتائج 78 دراسة أُجريت بين عامي 1977 و2012، وشملت 296,707 مشاركًا، وخلصوا إلى أن مكملات مضادات الأكسدة لا تُقلّل من معدل الوفيات لأي سببٍ كان، ولا تُطيل العمر، بل إن بعضها، مثل بيتا كاروتين وفيتامين هـ والجرعات العالية من فيتامين أ، قد يزيد من معدل الوفيات. ^{[ 105 ]} أظهرت دراسة حديثة أن تقييد النظام الغذائي يمكن أن يعكس التغيرات المرتبطة بالشيخوخة من خلال التأثير على تراكم تلف الحمض النووي للميتوكوندريا في العديد من أعضاء الفئران. فعلى سبيل المثال، منع تقييد النظام الغذائي تراكم تلف الحمض النووي للميتوكوندريا المرتبط بالعمر في القشرة الدماغية، وقلل منه في الرئتين والخصيتين. ^{[ 106 ]}

يُعد ازدياد تلف الحمض النووي للميتوكوندريا سمة من سمات العديد من الأمراض التنكسية العصبية .

تُظهر أدمغة الأفراد المصابين بمرض الزهايمر مستويات مرتفعة من تلف الحمض النووي التأكسدي في كل من الحمض النووي النووي والحمض النووي للميتوكوندريا، إلا أن مستويات تلف الحمض النووي للميتوكوندريا أعلى بنحو عشرة أضعاف من مستويات تلف الحمض النووي النووي. ^{[ 107 ]} وقد طُرحت فرضية أن الميتوكوندريا المتقدمة في السن هي العامل الحاسم في نشأة التنكس العصبي في مرض الزهايمر. ^{[ 108 ]} وأشارت تحليلات أدمغة مرضى الزهايمر إلى وجود خلل في وظيفة مسار إصلاح الحمض النووي ، مما قد يؤدي إلى انخفاض الجودة الإجمالية للحمض النووي للميتوكوندريا. ^{[ 109 ]}

في مرض هنتنغتون ، يتسبب بروتين هنتنغتين الطافر في خلل وظيفي في الميتوكوندريا ، يشمل تثبيط نقل الإلكترونات فيها ، وارتفاع مستويات أنواع الأكسجين التفاعلية ، وزيادة الإجهاد التأكسدي . ^{[ 110 ]} كما يعزز بروتين هنتنغتين الطافر تلف الحمض النووي للميتوكوندريا، بالإضافة إلى الحمض النووي النووي، مما قد يساهم في مرضية هنتنغتون . ^{[ 111 ]}

يُعدّ 8-أوكسوجوانين (8-oxoG)، وهو ناتج أكسدة الحمض النووي، مؤشرًا راسخًا لتلف الحمض النووي التأكسدي. لدى مرضى التصلب الجانبي الضموري (ALS)، تتعطل الإنزيمات المسؤولة عادةً عن إصلاح تلف الحمض النووي الناتج عن 8-oxoG في الحمض النووي للميتوكوندريا (mtDNA) للخلايا العصبية الحركية في النخاع الشوكي. ^{[ 112 ]} لذا، قد يكون التلف التأكسدي للحمض النووي للميتوكوندريا في الخلايا العصبية الحركية عاملًا مهمًا في مسببات مرض التصلب الجانبي الضموري.

على مدى العقد الماضي، أظهر فريق بحث إسرائيلي بقيادة البروفيسور فاديم فرايفيلد وجود ارتباطات قوية وهامة بين التركيب القاعدي للحمض النووي للميتوكوندريا (mtDNA) والحد الأقصى لعمر الحيوانات في مختلف الأنواع. ^{[ 113 ] [ 114 ] [ 115 ]} وكما هو موضح في دراستهم، يرتبط ارتفاع محتوى الجوانين والسيتوزين ( GC% ) في الحمض النووي للميتوكوندريا ارتباطًا وثيقًا بزيادة الحد الأقصى للعمر بين مختلف أنواع الحيوانات. ومن الملاحظات الإضافية أن ارتباط نسبة GC% في الحمض النووي للميتوكوندريا بالحد الأقصى للعمر مستقل عن الارتباط المعروف بين معدل الأيض والحد الأقصى للعمر في أنواع الحيوانات. وتفسر نسبة GC% في الحمض النووي للميتوكوندريا ومعدل الأيض الأساسي الاختلافات في الحد الأقصى لعمر الحيوانات بطريقة مضاعفة (أي أن الحد الأقصى لعمر النوع = نسبة GC% في الحمض النووي للميتوكوندريا × معدل الأيض). ^{[ 114 ]} ولدعم المجتمع العلمي في إجراء تحليلات مقارنة بين خصائص الحمض النووي للميتوكوندريا وطول العمر بين الحيوانات، تم إنشاء قاعدة بيانات متخصصة باسم MitoAge . ^{[ 116 ]}

تنشأ الطفرات الجديدة إما نتيجة أخطاء أثناء تضاعف الحمض النووي أو نتيجة تلف غير مُصلح ناجم بدوره عن عوامل مطفرة داخلية وخارجية. لطالما ساد الاعتقاد بأن الحمض النووي للميتوكوندريا (mtDNA) قد يكون حساسًا بشكل خاص للتلف الناتج عن أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS)، ومع ذلك، فإن استبدال النيوكليوتيدات G>T، وهو السمة المميزة للتلف التأكسدي في الجينوم النووي، نادر جدًا في الحمض النووي للميتوكوندريا ولا يزداد مع التقدم في العمر. وبمقارنة أطياف طفرات الحمض النووي للميتوكوندريا لمئات الأنواع من الثدييات، فقد ثبت مؤخرًا أن الأنواع ذات الأعمار الممتدة لديها معدل متزايد من استبدال النيوكليوتيدات A>G على السلاسل الثقيلة أحادية السلسلة. ^{[ 117 ]} وقد أدى هذا الاكتشاف إلى فرضية مفادها أن استبدال النيوكليوتيدات A>G هو مؤشر خاص بالميتوكوندريا للتلف التأكسدي المرتبط بالعمر. تُقدّم هذه النتيجة تفسيراً طفرياً (على عكس التفسير الانتقائي) لملاحظة امتلاك الأنواع المعمرة لحمض نووي ميتوكوندري غني بالـ GC: إذ تُصبح هذه الأنواع غنية بالـ GC ببساطة نتيجة لعملية الطفرات المتحيزة لديها. ويُتيح الربط بين طيف طفرات الحمض النووي الميتوكوندري وسمات دورة الحياة الخاصة بكل نوع من الثدييات إمكانية ربط هذه العوامل معاً، مما يُتيح اكتشاف مُطفرات جديدة خاصة بدورة الحياة في مجموعات مختلفة من الكائنات الحية.

تحدث نقاط انقطاع الحذف غالبًا داخل أو بالقرب من المناطق التي تُظهر تراكيب غير نمطية (غير B)، وتحديدًا تراكيب حلقية، وتراكيب صليبية، وعناصر تشبه أوراق البرسيم. ^{[ 118 ]} علاوة على ذلك، تدعم البيانات دور المناطق المنحنية جوهريًا التي تُشوه اللولب، ومجموعات رباعية G الطويلة في إحداث أحداث عدم الاستقرار. بالإضافة إلى ذلك، لوحظت كثافات أعلى لنقاط الانقطاع باستمرار داخل المناطق ذات المحتوى GC المائل، وفي الجوار القريب من نمط التسلسل المتدهور YMMYMNNMMHM. ^{[ 119 ]}

توجد العديد من قواعد البيانات المتخصصة التي تُبلغ عن تعدد الأشكال والطفرات في الحمض النووي للميتوكوندريا البشرية، إلى جانب تقييم قدرتها على إحداث المرض.

• MitImpact : مجموعة من تنبؤات الإمراضية المحسوبة مسبقًا لجميع تغييرات النيوكليوتيدات التي تسبب استبدالات غير مترادفة في جينات ترميز البروتين الميتوكوندريا البشرية MitImpact 3D - مختبر المعلوماتية الحيوية IRCCS-CSS .
• MITOMAP : موسوعة للتعددات الشكلية والطفرات في الحمض النووي للميتوكوندريا البشرية WebHome < MITOMAP < Foswiki .