發(fā)育中的卵
細胞會進行測試，以選擇*健康的能量制造機器，并傳給下一代。一項*近發(fā)表在Nature雜志上，關(guān)于果蠅的新研究，展示了這種潛規(guī)則“面試”是如何進行的。
這項工作的重點是線粒體，這是一種細胞器，它將我們吃的糖、脂肪和
蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化為人體數(shù)百萬細胞所需要的能量。在紐約大學(xué)醫(yī)學(xué)院和多倫多大學(xué)的研究人員的帶領(lǐng)下，研究小組首次使用直接成像技術(shù)觀察，母體生殖細胞會仔細篩選哪些線粒體可被允許傳遞給下一代。
“我們的研究結(jié)果證實了卵細胞會進行線粒體選擇的理論，”該文章的通訊作者，霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所研究員，細胞生物學(xué)系主任，紐約大學(xué)朗格尼醫(yī)學(xué)中心斯格鮑爾生物分子醫(yī)學(xué)研究所所長Ruth Lehmann博士說。“這些發(fā)現(xiàn)為線粒體疾病的治療提供了新的途徑，這些線粒體疾病包括導(dǎo)致肌肉無力、神經(jīng)系統(tǒng)問題的肌病以及各種形式的糖尿病。”
線粒體是特殊的細胞器，因為它有自己的DNA，稱為線粒體DNA（mtDNA）。與位于細胞核中的更大的DNA（基因組）不同，一般情況下，mtDNA只通過母親的卵細胞傳遞給下一代（推翻教科書！線粒體DNA可通過父系遺傳）。
mtDNA也比核DNA更容易在其DNA代碼中產(chǎn)生隨機變化或突變，這些變化或突變隨著人的年齡增長而積累，在生殖細胞發(fā)育過程中也會發(fā)生從而導(dǎo)致遺傳性疾病，在美國出生的4300名兒童中，大約有1人會得這種遺傳疾病（《Nature》2016十大科學(xué)人物：受爭議的華人醫(yī)生）。
Lehmann說，該領(lǐng)域長期面臨的一個問題是無法區(qū)分“好”線粒體和“壞”線粒體，這阻礙了我們理解線粒體是如何分類和遺傳的。
新研究是在果蠅（Drosophila melanogaster）身上進行的，讓果蠅攜帶有好（有功能的）和有壞（突變的）的線粒體，并帶有不同的熒光標記，將它們區(qū)分開。果蠅具有許多與人類相同的線粒體選擇的細胞特征，它已成為生物學(xué)研究的關(guān)鍵模式生物。
為了保護自身的功能，線粒體通常會連接成長的相互連接的管道，每個管道都包含許多mtDNA分子。mtDNA編碼13種對能量（如三磷酸腺苷-ATP）生產(chǎn)有重要作用的蛋白質(zhì)。在這些管內(nèi)，由于有遺傳缺陷的線粒體中的mtDNA不能編碼這13種蛋白的任何一種，它們需要通過“借用”同一管內(nèi)其他正常mtDNA編碼的功能蛋白而存活。
研究小組通過觀察果蠅卵細胞選擇線粒體的過程，發(fā)現(xiàn)這一過程是由線粒體融合蛋白Mitofusin水平的特定時間的下調(diào)觸發(fā)的，Mitofusin蛋白會促進線粒體的融合。在Mitofusin蛋白水平下降的情況下，線粒體會分裂成碎片，平均每個碎片包含的完整線粒體DNA要少很多。這迫使每個線粒體在能量生產(chǎn)方面獨立運作，而含有突變mtDNA的碎片線粒體將不能產(chǎn)生ATP。
作者說，基于這種競爭，不好的線粒體被消除，成熟卵細胞中的線粒體庫能夠更好地支持一個健康的胚胎。
通過觀察熒光探針，研究小組揭示了果蠅卵母細胞發(fā)育過程中消除壞線粒體的時間范圍。新發(fā)現(xiàn)的時間點反過來揭示了篩選機制，因為這種選擇只發(fā)生在線粒體分裂的發(fā)育階段。這項研究進一步確定了有缺陷的線粒體是通過線粒體自噬去除的，這是一種標記廢棄物質(zhì)以進行銷毀的過程，涉及到Atg1和BNIP3蛋白。
作者說，這不僅是在女性生殖細胞中，對缺陷線粒體進行選擇時所必需經(jīng)過的一個線粒體分裂階段，而且當在非生殖細胞中進行人工誘導(dǎo)，在非自然條件下促進線粒體分裂時，也會觸發(fā)選擇。這一發(fā)現(xiàn)為正在進行的研究奠定了基礎(chǔ)，這些研究正在探索是否可以通過短暫阻斷融合來誘導(dǎo)人體組織中的線粒體碎裂，就像“DNA清潔劑”一樣，用于治療由mtDNA突變引起的疾病，這些mtDNA突變會隨著年齡的增長而積累。
客服一
