生命之光

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母親總把最好的留給你,但你可能不知道準備得有多早……
發布時間:2019-08-27     作者:   來源:科界   分享到:

媽媽總是把最好的留給子女,但你絕對想不到媽媽準備得有多早。

都說母親總會選擇最好的給孩子。頂尖學術期刊《自然》最近上線的一篇論文顯示,母親從卵細胞起就在為將來的孩子這么做了!美國紐約大學醫學院和加拿大多倫多大學的科學家們合作,首次通過直接成像技術觀察到,母體的生殖細胞會選擇那些更好的線粒體傳給下一代。


線粒體位于細胞內部,是一種重要的細胞器,因為它們承擔著為細胞產生能量的重任。

線粒體也是一種特別的細胞器,因為它們擁有自己的遺傳物質(簡稱mtDNA)。比起細胞核內的基因組DNA,線粒體基因的變異速度要快得多,原因之一在于線粒體生產能量時產生了自由基。隨著年齡的增長,線粒體會累積突變。

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線粒體擁有自己的遺傳物質

(圖片來源:https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/17/Mitochondrial_DNA_lg.jpg)

與細胞核DNA不同,mtDNA完全(或者說幾乎完全)由母親的生殖細胞傳給下一代。一些有害的mtDNA突變會導致某些先天性疾病。卵細胞是否會選擇更好的線粒體傳下去,是科學家們長久以來的一個疑問。

不過,要回答這個問題,遇到的一大挑戰是怎么看清線粒體的“好壞”。為此,科學家們首先借助了模式生物果蠅的遺傳多樣性,得到一種既帶有正常“好”mtDNA、又帶有突變“壞”mtDNA的雜交果蠅。通過溫度的控制,其中的突變mtDNA會降低線粒體的能量代謝水平。

與此同時,研究人員采用了等位基因特異性的熒光原位雜交,在細胞中將正常和突變的mtDNA分別用不同顏色標記出來。

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在特定溫度,當突變mtDNA(紫色)影響到線粒體功能,正常mtDNA(綠色)的比例在果蠅卵巢的生殖細胞中增加

(圖片來源:《自然》)

這些方法讓科學家們得以在動物體內直觀看到了雌性生殖細胞對mtDNA的選擇。他們觀察到, 早在卵子發生的早期階段,對不同mtDNA的選擇就發生了,并且持續到之后的生殖細胞分化過程。

接下來,研究人員探索了對線粒體的選擇是怎么實現的。他們發現,一種叫作mitofusin的蛋白起著重要的調節作用。顧名思義,這種蛋白幫助線粒體融合。在一般情況下,線粒體之間通過融合相互連接,共享健康的mtDNA,這樣即便有一些線粒體存在突變產生的基因缺陷也可以“濫竽充數”。

然而,在生殖細胞內,mitofusin水平下降,線粒體融合程度降低,相反,更容易分裂成碎片。其中包含突變mtDNA的線粒體產生的能量較弱,更容易被淘汰。

最終,這種選擇競爭的結果讓那些較低效的“壞”線粒體被清除,而在成熟卵細胞中留下來的“好”線粒體們則可以更有力地支持一個健康的胚胎。

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本研究通訊作者之一、紐約大學醫學院的Ruth Lehmann博士

(圖片來源:NYU官網)

生殖細胞對線粒體的選擇也提示了科學家,或許在其他細胞中通過阻斷線粒體融合、促進分裂,可以幫助改善mtDNA變化導致的疾病。就像本次研究的主要作者、HHMI研究員Ruth Lehmann博士說的:“線粒體疾病包括導致肌肉無力的疾病、神經問題和某些形式的糖尿病等,而我們的這些發現有望為線粒體疾病發展新療法奠定基礎。“

參考資料

[1] Toby Lieber et al., (2019) Mitochondrial fragmentation drives selective removal of deleterious mtDNA in the germline. Nature. DOI: 10.1038/s41586-019-1213-4

[2] How egg cells choose their best powerhouses to pass on. Retrieved May 16, 2019, from https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-05/nlh-hec051319.php


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