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。在紐約大學醫(yī)學院和多倫多大學的研究人員的帶領下，研究小組首次使用直接成像技術觀察，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)學研究所研究員，細胞生物學系主任，紐約大學朗格尼醫(yī)學中心斯格鮑爾生物分子醫(yī)學研究所所長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》2016十大科學人物：受爭議的華人醫(yī)生）。
Lehmann說，該領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，它已成為生物學研究的關鍵模式生物。
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，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，這些研究正在探索是否可以通過短暫阻斷融合來誘導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
