20 September 2018, Thursday
Tercüme Editörü
Wikiyours makaleleri İngilizce makalelerin Türkçe'ye çevrilmiş halleridir. İngilizce bilen herkes makale sahibi olabilir ve yaptığı çeviri miktarınca para kazanır.
Çeviri Yapmak İçin Makale Seçiniz
Makale yazmak için
bir kategori seçin
Düzeltme Öner

Mitokondriyal DNA

İçindekiler
  1. Mitokondriyal DNA menşei
  2. Mitokondriyal kalıtım
  3. Mitokondriyal DNA Yapısı
  4. Genom Çeşitliliği
  5. Mitokondriyal DNA çoğaltma
  6. Mitokondriyal DNA kopyalanması
  7. Mutasyonlar ve hastalık
  8. Mitokondriyal DNA'ın kimliklendirmede kullanımı
  9. Mitokondriyal DNA tarihçesi
  10. Mitokondriyal dizi veri tabanları
  11. Mitokondrial mutasyon veritabanları

Mitokondriyal DNA (mtDNA veya mDNA) mitokondride bulunan DNA'dır. Ökaryotik hücrelerde bulunan bu hücresel organeller, gıdalardaki kimyasal enerjiyi hücrenin kullanabileceği forma yani Adenozin Trifosfata (ATP) dönüştürür. Mitokondrial DNA ökaryotik bir hücredeki DNA'nın yalnızca küçük bir kısmıdır. DNA'nın çoğu hücre çekirdeğinde , bitkilerde ve alglerde,  ayrıca kloroplastlar gibi plastitlerde bulunur.

İnsanlarda, 16.569 baz çifti bulunan mitokondriyal DNA'da sadece 37 gen kodlanır. İnsan mitokondriyal DNA'sı, dizilenecek insan genomunun ilk önemli kısmıdır. İnsanlar da dahil olmak üzere birçok türün mtDNA'sı yalnızca anneden kalıtılır.

Hayvansal mtDNA, nükleer genetik belirteçlerden daha hızlı geliştiğinden beri, filogenetik ve evrimsel biyolojinin temelini oluşturur. Aynı zamanda, popülasyonların benzerliğini incelemeye olanak sağlamakta ve böylelikle antropoloji ve biyocoğrafyada önem kazanmaktadır.

Mitokondriyal DNA menşei

Nükleer ve mitokondriyal DNA'nın ayrı evrimsel orijinli olduğu düşünülür; mtDNA, günümüz ökaryotik hücrelerinin erken atalarının içine giren bakterilerin dairesel genomlarından türetilir. Bu teoriye endosimbiyotik teori denir. Her mitokondrinin 2-10 mtDNA kopyası içerdiği tahmin edilmektedir. Mevcut organizmaların hücrelerinde, mitokondriyada bulunan proteinlerin büyük çoğunluğu (memelilerde yaklaşık 1500 farklı türü numaralandırır), çekirdek DNA'sı tarafından kodlanır, ancak bazıları için genlerin birçoğu olmasa da genlerin bakteriyal orjinli olduğu düşünülmektedir. Bu genler evrimsel süreçte  ökaryotik çekirdeğe aktarılan bakteri kökenli genlerdir.

Mitokondriyenleri muhafaza etmesinin nedenleri tartışılmıştır. Bir genomdan yoksun bazı mitokondrino türevli organellerin varlığı, eksikliğin tamamen mümkün olduğunu ve mitokondriyal genlerin çekirdeğe aktarılmasının birçok avantaja sahip olduğunu düşündürmektedir. Uzaktan üretilen hidrofobik protein ürünlerinin mitokondride doğru hedeflenmesinin zorluğu, bazı genlerin neden mtDNA'da tutulduğuna ilişkin bir hipotezdir. Mitokondriyal makineler üzerinde lokalize kontrolün arzulanabilirliğini gerekçe göstererek, başka bir deyişle, redoks regülasyonu için koloramileştirme gerçekleştirildi. Geniş bir mtDNA genom aralığı analizi, bu özelliklerin her ikisinin de mitokondriyal gen retansiyonunu belirleyebileceğini önermektedir.

Mitokondriyal kalıtım

Birçok çoğul hücreli organizmada, mtDNA anneden kalıtımlıdır (anneden kalıtsal). Bunun mekanizmaları arasında basit seyreltme (bir yumurta ortalama 200.000 mtDNA molekülü içerirken, sağlıklı bir insan sperminin ortalama 5 molekül içerdiği rapor edilmiştir), erkek genital bölgedeki sperm mtDNA'larının bozulması , döllenmiş yumurtada ve en azından birkaç organizmada sperm mtDNA'sının yumurtaya girerken bozulması vardır. Mekanizma ne olursa olsun, mtDNA mirasının tek ebeveynden kalıtım modeli (uniparental kalıtım)  birçok hayvanda,  birçok bitkide ve mantarlarda da bulunur.

Dişi kalıtımı

Cinsel çoğalmada, normalde mitokondri olarak yalnızca anneden alınır; Memeli spermindeki mitokondri genellikle döllenmeden sonra yumurta hücresi tarafından yok edilir. Ayrıca, çoğu mitokondri, sperm hücrelerini itmek için kullanılan sperm kuyruğunun tabanında bulunur ve bazen dölleme sırasında kuyruk kaybedilir. 1999 yılında baba sperminde bulunan ubiquitin ile işaretlenmiş mitokondrinin ( mtDNA içeren )döllenmeden sonra embriyo içinde yıkıma uğradığı rapor edilmiştir. Bazı in vitro aşılama teknikleri, özellikle bir oosit içine bir  enjekte edilmiş sperme müdahale edebilir.

Mitokondriyal DNA'nın anneden miras alınması, soy araştırmaları yapan kişilerin zaman içinde annelik tarafından soylarını izleyebilmelerini mümkün kılmıştır. (Y-kromozomal DNA ise babadan miras kalır ve patriyolojik geçmişi belirlemek için benzer şekilde kullanılır.) Bu, genellikle, insan mitokondriyal DNA'sında, hiper değişken kontrol bölgeleri (HVR1 veya HVR2) dizilişiyle ve bazen de  soy belirlemek için DNA testi  tam mitokondriyal DNA molekülüyle gerçekleştirilir. Örneğin, HVR1 yaklaşık 440 baz çiftinden oluşur. Bu 440 baz çifti daha sonra anne tarafından soyu belirlemek için diğer  kontrol bölgeleriyle (belirli kişiler veya bir veri tabanındaki kişiler) karşılaştırılır. Çoğunlukla, karşılaştırma gözden geçirilmiş Cambridge Referans Dizisi  ile yapılır. Vilà ve ark evcil köpeklerin evrimini kurtlara kadar izleyen çalışmaları yayınladı. Mitokondriyal Havva'nın kavramı, insan soyunu zamanla takip ederek insanlığın kökenini keşfetmeye çalışan aynı analiz türüne dayanır.

MtDNA yüksek ölçüde korunmuştur ve nispeten yavaş mutasyon oranları (mikro satellit gibi diğer DNA bölgeleriyle karşılaştırıldığında), organizmaların evrimsel ilişkilerini (filogeni) incelemek için yararlıdır. Biyologlar, farklı türler arasındaki mtDNA dizilerini belirleyebilir, karşılaştırabilir ve incelenen türler için evrimsel bir ağaç oluşturmak için karşılaştırmaları kullanabilir. Bununla birlikte, yaşadığı yavaş mutasyon oranlarına bağlı olarak sıklıkla birbiriyle yakından ilişkili türler arasında büyük bir dereceli ayrım yapılması zor olduğundan, diğer analiz yöntemleri kullanılmalıdır.

Mitokondriyal tıkanıklık

Uniparental doğumdan miras kalan ve  az rekombinasyon ile rekombinasyonun hiç olmadığı canlılarda, mutasyonların birikiminden işlevsellik kaybına dek olan süreçte Muller'in mandalı söz konusu olabilir. Mitokondriyalin hayvan popülasyonları, mtDNA tıkanıklığı olarak bilinen gelişimsel bir süreç boyunca bu birikimden kaçınır. Darboğaz, bir organizmanın gelişmesiyle birlikte mutant yükün hücredeki hücre değişkenliğini artırmak için hücredeki stokastik süreçleri kullanır: Mutant mtDNA'nın bir kısmıyla tek bir yumurta hücresi böylece farklı hücrelerin farklı mutant yüklere sahip olduğu bir embriyo üretir. Hücre düzeyinde seçim daha sonra bu hücreleri daha fazla mutant mtDNA ile çıkararak, nesiller arasında mutant yükte bir stabilizasyon veya azalmaya yol açabilir. Darboğazın altında yatan mekanizma, hücre bölünmelerinde mtDNA'ların rasgele bölümlenmesinin ve hücre içindeki mtDNA moleküllerinin rastgele devrinin bir kombinasyonu için kanıt sağlayan son matematiksel ve deneysel metastazı ile tartışılmıştır.

Erkek kalıtımı

Çift kabuklu yumuşakçalarda, mtDNA'nın çift uniparental kalıtımı gözlemlenmiştir. Bu türlerde dişiler yalnızca bir tür mtDNA'ya (F) sahipken, erkekler somatik hücrelerinde F tipi mtDNA'ya sahiptir, ancak germline hücrelerinde mtDNA M türündedir (%30 farklı olabilir). Ayrıca bazı  meyve sinekleri, bal arısı ve ağustos böceği gibi böceklerde babadan mitokondri kalıtıldığı rapor edilmiştir.

Erkek mitokondriyal miras, yakın zamanda Plymouth Rock tavuklarında keşfedilmiştir. Kanıtlar, bazı memelilerde de nadiren erkek mitokondriyal miras örneklerini desteklemektedir. Özellikle, belgelenmiş olaylar, erkeklere miras kalan mitokondrianın daha sonra reddedildiği fareler için mümkündür. Ayrıca koyunlarda ve klonlanmış sığırlarda da bulunur. Bir insan erkeğinde tek bir vakada bulunmuştur.

Bu vakaların çoğunda klonlanmış embriyolar veya bundan sonra da baba tarafından yapılan mitokondri reddi yer alırken, diğerleri laboratuvar koşullarında in vivo kalıtım ve kalıcılığı belgelemektedir.

Mitokondrial bağış

Mitokondrial bağış veya mitokondriyal replasman tedavisi (MRT) olarak bilinen bir IVF tekniği, dişi donörün  mtDNAsını ve ana ve babanın nükleer DNA'sını içeren yavrulara olanak sağlar. Işın iletim prosedüründe, bir yumurta çekirdeği, çekirdeği çıkarılan bir bağışçı dişi bir yumurtanın sitoplazmasına eklenir, ancak yine de dişi donörün  mtDNA'sını içerir. Kompozit yumurta erkek spermleri ile döllenir. Prosedür, genetik olarak bozuk mitokondriye sahip bir kadın, sağlıklı mitokondrilerle yavrular üretmek istediğinde kullanılır. Mitokondriyal bağış sonucu doğan ilk çocuk, Ürdünlü bir çiftin 6 Nisan 2016'da Meksika'da doğan bir oğludur.

Mitokondriyal DNA Yapısı

Çoğu çok hücreli organizmada, mtDNA - veya mitojenom - dairesel, kovalent olarak kapalı, çift sarmallı bir DNA olarak düzenlenir. Ancak, birçok tek hücreli (örn: silent Tetrahymena veya yeşil alga Chlamydomonas reinhardtii) ve nadir durumlarda da çok hücreli organizmalarda (örneğin Cnidaria'nın bazı türlerinde), mtDNA doğrusal olarak organize edilmiş halde bulunur. Doğrusal mtDNA'lı bu tek hücreli organizmaların çoğunun bilinen patojenler olduğu için, bu doğrusal mtDNA'ların çoğunda telomerazın bağımsız telomerleri (yani doğrusal DNA'nın uçları) farklı kopyalama metodları bulunması araştırmaları ilgi çekici bir hale getirmektedir.

İnsan mitokondriyal DNA'sında (ve genel olarak metazonların DNA'sı için), mtDNA'nın 100-10,000 ayrı kopyası genellikle somatik hücre başına bulunur (yumurta ve sperm hücreleri istisnadır). Memelilerde, her çift sarmallı dairesel mtDNA molekülü 15.000-17.000 baz çiftinden oluşur. MtDNA'nın iki ipliği, nükleotid içeriği ile ayırt edilir; ağır iplikçik (veya H-ipliği) olarak adlandırılan bir guanin açısından zengin iplikçiği ve hafif iplikçik (veya L-ipliği) olarak adlandırılan bir sitozin açısından zengin iplikçik. Ağır tel, 28 geni kodlar ve ışık teli, toplam 37 gen için 9 gen kodlar. 37 genin 13'ü proteinler (polipeptitler) için, 22'si RNA için (tRNA) ve ikisi ribozomal RNA'nın küçük ve büyük alt birimleri için (rRNA). İnsan mitogenomu, hayvan genomlarında nadir bulunan bir özellik olan örtüşen genleri (ATP8 ve ATP6'nın yanı sıra ND4L ve ND4) içerir. 37 gen kalıbı, çoğu durumda metazoanlar arasında bulunur, ancak bazı durumlarda bu genlerden bir veya daha fazlası yoktur ve mtDNA boyut aralığı daha fazladır. Tüm ökaryotlarda bulunan genlerin bir alt kümesi olmasına rağmen, mtDNA gen içeriği ve boyutu bakımından mantar ve bitkiler arasında daha da büyük farklılıklar vardır (mitokondrilerde hiç bulunmayan az sayı hariç). Bazı bitki türlerinin muazzam mtDNA'ları (mtDNA molekülü başına 2.500.000 baz çift) var, ancak şaşırtıcı bir şekilde, bu büyük mtDNA'lar bile çok daha küçük mtDNA'lı ilişkili bitkilerle aynı sayıda ve çeşit gen içeriyor.

Salatalıktaki mitokondrinin genomu (Cucumis sativus) üç dairesel kromozomdan (uzunluk 1556, 84 ve 45 kilobaz) oluşur ve bunlar replikasyonları açısından tamamıyla ya da büyük oranda  birbirlerinden bağımsızdır.

Bugüne kadar sıralanmış en küçük mitokondrial genom parazit Plasmodium falciparum'un 5967bp mtDNA'sıdır. Bazı bitki türleri 11.3Mb içeren Silene conica mtDNA ile muazzam mitokondriyal genomlara sahiptir.

Genom Çeşitliliği

Mitokondriyal genomlarda bulunan altı ana genom türü vardır. Bu genom türleri "Kolesnikov & Gerasimov (2012)" tarafından sınıflandırılmış ve doğrusal genom, genom boyutu, intronların veya plasmid benzeri yapıların varlığı ve genetik materyalin tekil bir molekül veya homojen yada heterojen moleküller olması gibi çeşitli şekillerde farklılık arzetmektedir .

Hayvanlar

Hayvan hücrelerinde sadece bir mitokondrial genom türü bulunur. Bu genom, 11-28kbp genetik materyali (tip 1) içeren bir dairesel molekül içerirmektedir.

Bitkiler ve Mantarlar

Bitkilerde ve mantarlarda bulunan üç farklı genom türü vardır. Birinci tip, intron (tip 2) içeren ve 19-1000 kbpb uzunluğunda değişebilen dairesel bir genomdur. İkinci genom da plazmit benzeri bir yapıya (1 kb) (tip 3) sahip dairesel bir genomdur (yaklaşık 20-1000 kbp). Bitki ve mantarlarda bulunabilen son genom türü, homojen DNA moleküllerinden oluşan bir lineer genomdur (tip 5).

Protistler

Protistler, alemde bulunan beş farklı türden, en çeşitli mitokondriyal genomları içerimektedir. Bitki ve mantar genomlarında bahsedilen Tip 2, Tip 3 ve Tip 5, bazı protistlerde olduğu gibi iki benzersiz genom çeşidinde de mevcuttur. Bunlardan ilki, dairesel DNA moleküllerinin heterojen bir koleksiyonudur (tip 4) ve protistlerde bulunan son genom türü, heterojen bir doğrusal moleküllerin koleksiyonudur (tip 6). Genom türlerinin(4 ve 6) her ikisinin uzunluğu 1-200 kbp arasında değişir.

Endosimbiotik gen transferi, mitokondriyal genomda kodlanan genlerin hücrenin ana genomuna aktarılması işlemi, insanlar gibi daha karmaşık organizmaların protista gibi daha basit organizmalara nazaran daha küçük mitokondri genomlarına sahip olmalarını açıklamaktadır.

Mitokondriyal DNA çoğaltma

Mitokondrial DNA, POLG geni tarafından kodlanan 140 kDa katalitik bir DNA polimeraz ve POLG2 geni tarafından kodlanan iki 55 kDa yardımcı altbiriminden oluşan DNA polimeraz gama kompleksi ile kopyalanır. Yinelenen mekanizma bir çeşit DNA polimeraz ,TWINKLE ve mitokondriyal SSB proteinleri tarafından oluşturulur. TWINKLE, 5 ' ile 3' yönlerinde dsDNA'nın kısa uzantılarını çözen bir helikaztır.

Embriyogenez sırasında, mtDNA'nın replikasyonu döllenmiş oositten preimplantasyon embriyosu ile aşağıya düzenlenir. MtDNA'nın hücre başına kopya sayısındaki azalma mitokondriyal tıkanıklıkta rol oynar ve hasar veren mutasyonların kalıtımını iyileştirmek için hücre değişkenliğini istismar eder. Blastosist evresinde mtDNA replikasyonunun başlangıcı trophectoderm hücrelerine özgüdür. Aksine, iç hücre kütlesindeki hücreler belirli hücre türlerine göre farklılaşmak için sinyal alana kadar mtDNA replikasyonunu sınırlarlar.

Mitokondriyal DNA kopyalanması

Hayvan mitokondriyumunda, her DNA iplikçisi sürekli olarak kopyalanır ve bir polisistronik RNA molekülü üretir. Çoğu (hepsi değil) protein kodlayan bölgelerin arasında tRNA'lar bulunur . Transkripsiyon sırasında, tRNA'lar, spesifik enzimler tarafından tanınan ve bölünen karakteristik L-şeklini alırlar. Mitokondriyal RNA işleme ile, bireysel mRNA, rRNA ve tRNA dizileri birincil transkript ile serbest bırakılır. Katlanmış tRNA'lar bu nedenle ikincil yapı noktalama işaretleri olarak işlev görür.

Mutasyonlar ve hastalık

Duyarlılık

MtDNA'nın, yakınlığı nedeniyle solunum zinciri tarafından üretilen reaktif oksijen türlerine karşı özellikle hassastır konsepti tartışmalıdır. MtDNA, çekirdek DNA'sından daha fazla oksidatif baz hasarı toplamaz. En azından bazı tip oksidatif DNA hasarının, çekirdekte olduğundan çok daha iyi tamir edildiği bildirilmiştir. MtDNA, nükleer kromatin proteinleri kadar koruyucu görünen proteinlerle paketlenir. Dahası, mitokondriyada aşırı hasar görmüş genomların parçalanmasıyla , bozulmadan mtDNA bütünlüğünü koruyan benzersiz bir mekanizma ortaya çıkmış ve ardından bozulmamış / tamir edilmiş mtDNA replikasyonu yapılmıştır. Bu mekanizma, çekirdekte mevcut değildir ve mitokondriyada mtDNA'nın çoklu kopyaları tarafından etkindir. MtDNA'da mutasyonun sonucu, organizma metabolizması ve / veya zindeliği üzerinde etkili olabilecek bazı proteinlerin kodlama talimatlarında bir değişiklik olabilir.

Genetik hastalık

Mitokondriyal DNA'nın mutasyonları, bir kişinin kalp, göz ve kas hareketlerinin tüm fonksiyonlarını kaybetmesine neden olan, egzersiz intoleransı ve Kearns-Sayre sendromu (KSS) gibi bir takım hastalıklara neden olabilir. Bazı kanıtlar yaşlanmaya ve yaşa bağlı patolojilere önemli katkıda bulunabileceklerini göstermektedir. Özellikle hastalık bağlamında, bir hücredeki mutant mtDNA moleküllerinin oranı heteroplasmi olarak adlandırılır. Heteroplazmin hücre içi ve hücre arası dağılımları hastalığın başlangıcını ve şiddetini belirler ve hücre içindeki ve gelişme sırasındaki karmaşık stokastik süreçlerden etkilenir.

Mitokondriyal tRNA'lardaki mutasyonlar, MELAS ve MERRF sendromları gibi ağır hastalıklara sebep olabilir.

Mitokondriyanın kullandığı proteinleri kodlayan nükleer genlerde meydana gelen mutasyonlar da mitokondriyal hastalıklara katkıda bulunabilir. Bu hastalıklar mitokondriyal kalıtım kalıplarını takip etmez, bunun yerine Mendel kalıtım kalıplarını takip eder.

Hastalık teşhisinde kullanım

Son zamanlarda, mtDNA'daki bir mutasyon, prostat biyopsisi negatif hastalarda prostat kanseri teşhisine yardımcı olmak için kullanılmıştır.

Mitokondriyal DNA'ın yaşlanma ile ilişkisi

Fikir tartışmalı olmasına rağmen, bazı kanıtlar yaşlanma ile mitokondriyal genom disfonksiyonu arasında bir bağlantı olduğunu düşündürmektedir. Özünde, mtDNA'daki mutasyonlar, reaktif oksijen türlerinin (ROS) üretimi ile enzimatik ROS temizleme (süperoksit dismutaz, katalaz, glutatyon peroksidaz ve benzeri enzimler tarafından) arasındaki dengeyi bozmaktadır. Bununla birlikte, solucanlarda ROS üretimini artıran bazı mutasyonlar (örneğin, antioksidan savunmaları azaltarak)  ömürlerini arttırmaktadır. Ayrıca, bir kemirgen çeşidi olan çıplak kör fareler, diğer farelere kıyasla antioksidan düşük antioksidan savunmaya ve artmış biyomoleküllere oksidatif hasara rağmen, diğer farelerden yaklaşık sekiz kat daha fazla yaşarlar. Bir zamanlar, pozitif geri besleme döngüsü olduğu düşünülüyordu (bir 'Kısır Döngü'); Mitokondriyal DNA, serbest radikallerden kaynaklanan genetik hasar biriktirdiğinden, mitokondriyum fonksiyonunu kaybeder ve serbest radikalleri sitozole sızdırır. Mitokondriyal fonksiyonda bir azalma genel metabolik etkinliği azaltır. Bununla birlikte, bu kavram, hızlandırılmış hızda mtDNA mutasyonlarını biriktirmek için genetik olarak değişime uğrayan farelerin erken yaşa geldiğini, ancak dokularının 'Kısır Döngü' hipotezi tarafından tahmin edildiği gibi daha fazla ROS üretmediğini gösterdiğinde, kesin olarak itiraz edildi. Uzun ömür ve mitokondriyal DNA arasındaki bağlantıyı destekleyen bazı çalışmalar, mitokondriyal DNA'nın biyokimyasal özellikleri ile türlerin ömrü arasındaki korelasyonları bulmuştur. Yaşlanma ile mücadele etmek için bu bağlantıyı ve yöntemleri daha ayrıntılı araştırmak için kapsamlı araştırma yapılmaktadır. Halen, gen tedavisi ve nutrasötik takviye, devam etmekte olan araştırmaların popüler alanlarıdır. Bjelakovic 1977 ile 2012 yılları arasında toplam 296.707 katılımcı içeren 78 çalışmanın sonuçlarını analiz etti ve antioksidan takviyelerinin neden olan tüm mortaliteyi düşürmediğini ve ömrünü uzatmadığını, bazıları ise beta karoten, E vitamini ve daha yüksek dozlarla A vitamini, aslında mortaliteyi artırdığı gözlendi.

B (kanonik olmayan) DNA yapıları ile ilişkisi

Silme kırılma noktaları, kanonik olmayan (B olmayan) konformasyonları, yani saç tokmakları, haç formları ve yonca yaprağı benzeri öğeleri gösteren bölgelerde veya yakınlarında sıklıkla görülmektedir. Üstelik, heliks-distorsiyona eğilimli bölgeler ve uzun G-tetrads'ın istikrarsızlık olaylarını ortaya çıkarmasını destekleyen veriler bulunmaktadır. Ayrıca, GC eğik bölgelerinde ve YMMYMNNMMHM dejenere dizi motifinin yakın çevresinde daha yüksek kırılma yoğunlukları gözlenmiştir.

Mitokondriyal DNA'ın kimliklendirmede kullanımı

Her iki ebeveynden de miras alınan ve rekombinasyon sürecinde genlerin yeniden düzenlendiği çekirdek DNA'sının aksine, mtDNA ebeveynden yavruya geçerken hiç bir değişiklik olmaz. MtDNA aynı zamanda rekombinasyon yapsa da, aynı mitokondride kendi kopyaları ile yapar. Bu nedenden ve hayvan mtDNA'sının mutasyon oranı, nükleer DNA'nın mutasyon oranından daha yüksek olduğu için, mtDNA kadınlarla (matrilinage) atayı izlemek için güçlü bir araçtır ve bu rolü birçok türün atalarını izlemek için geriye yüzlerce nesil  peş peşe kullanılmıştır .

Hızlı mutasyon oranı (hayvanlarda), mtDNA'yı, bir tür içindeki bireylerin veya grupların genetik ilişkilerini değerlendirmede ve aynı zamanda, farklı türler arasında filogenezin (evrimsel ilişkileri; filogenetics) tanımlamak ve nicelleştirmek için kullanışlı kılar. Bunu yapmak için biyologlar, farklı bireylerden veya türlerden gelen mtDNA dizilerini belirler ve karşılaştırırlar. Karşılaştırmalardan elde edilen veriler, mtDNA'ların alındığı bireyler veya türler arasındaki ilişkilerin bir tahmini sağlayan diziler arasında bir ilişki ağı oluşturmak için kullanılır. MtDNA hem yakın ilişkili hem de uzaktan ilişkili türler arasındaki ilişkiyi tahmin etmek için kullanılabilir. Hayvanlardaki mtDNA'nın yüksek mutasyon oranı nedeniyle, kodonların 3. pozisyonları nispeten hızlı bir şekilde değişir ve dolayısıyla yakından ilişkili bireyler veya türler arasındaki genetik uzaklıklar hakkında bilgi sağlar. Öte yandan, mt proteinlerinin ikame oranı çok düşüktür. Bu nedenle aminoasit değişiklikleri yavaş yavaş birikir (1. ve 2. kodon pozisyonlarında buna karşılık gelen yavaş değişikliklerle birlikte) ve böylece uzaktan ilişkili türlerin genetik uzaklıkları hakkında bilgi sağlarlar. Kodon pozisyonları arasında ikame oranlarını ayrı ayrı ele alan istatistiksel modeller, hem yakın hem de uzaktan ilişkili türleri içeren filogenezlerin eş zamanlı olarak tahmin edilmesi için kullanılabilir.

Mitokondriyal DNA, 1996'da ABD'nin Tennessee Eyaletinde Paul Ware davasında ilk kez kanıt olarak kabul edildi.

1998 Pennsylvania Federal Topluluğu Patricia Lynne Rorrer davasında, mitokondriyal DNA ilk kez Pennsylvania Eyaleti'nde delil olarak kabul edildi. Dava, suç dizisi olan Adli Dosyalar (Forensic Files) sezon 5'in 55. bölümünde yer aldı.

Mitokondriyal DNA, ilk olarak David Westerfield'ın San Diego'da 7 yaşındaki Danielle van Dam'ı kaçırması ve öldürülmesi nedeniyle Kaliforniya'da açılan davada kanıt olarak kabul edildi; hem insan hem de köpek tespiti için kullanıldı. Bu olay ABD'deki köpek DNA'sını kabul eden ilk deneme idi.

Mitokondriyal DNA tarihçesi

Mitokondrial DNA 1960'larda Margit MK Nass ve Sylvan Nass tarafından elektron mikroskobu ile mitokondri içindeki DNaz duyarlı iplikler ve Ellen Haslbrunner, Hans Tuppy ve Gottfried Schatz tarafından saflaştırılmış mitokondriyal fraksiyonlardaki biyokimyasal testlerle keşfedildi.

Mitokondriyal dizi veri tabanları

Mitokondriyal genom dizilerini ve diğer bilgileri toplamak için çeşitli özel veritabanları kurulmuştur. Çoğu, dizi verilerine odaklanmasına rağmen, bazıları filogenetik veya işlevsel bilgileri içerir.

MitoSatPlant: Viridiplantae'nin mitokondrial mikrosatelliteleri veritabanı.

MitoBreak: Mitokondrial DNA breakpoints veritabanı.

MitoFish ve MitoAnnotator: Balıkların mitokondriyal genom veritabanı. 

MitoZoa 2.0: Metazoa'daki mitokondriyal genomların karşılaştırmalı ve evrimsel analizleri için bir veri tabanı. (artık mevcut değil)

InterMitoBase: İnsan mitokondrileri için protein-protein etkileşimlerinin ek açıklamalı bir veritabanı ve analiz platformudur (En son 2010'da güncellendi, ancak yine de mevcuttur).

Mitome: Metazoan hayvanlarda karşılaştırmalı mitokondrial genomik veri tabanı (artık mevcut değil).

MitoRes: Nükleer kodlanmış mitokondriyal genlerin ve metazoa'daki ürünlerinin kaynağı ( güncellenmemiş).

Mitokondrial mutasyon veritabanları

İnsan mitokondriyal DNA'sındaki polimorfizmleri ve mutasyonları, patojenikliklerinin değerlendirilmesi ile birlikte raporlayan birkaç özel veri tabanı bulunmaktadır.

MİTOMAP: İnsan mitokondriyal DNA'sındaki polimorfizmlerin ve mutasyonların bir özetidir.

Etkensizlik: İnsan mitokondriyal protein kodlama genlerinde eş anlamlı olmayan yer değiştirmelere neden olan tüm nükleotid değişiklikleri için önceden hesaplanmış patojenite tahminlerinin bir koleksiyonudur.