都說(shuō)母親總會(huì )選擇的給孩子。頂尖學(xué)術(shù)期刊《自然》最近上線(xiàn)的一篇論文顯示，母親從卵細胞起就在為將來(lái)的孩子這么做了！美國紐約大學(xué)醫學(xué)院和加拿大多倫多大學(xué)的科學(xué)家們合作，首次通過(guò)直接成像技術(shù)觀(guān)察到，母體的生殖細胞會(huì )選擇那些更好的線(xiàn)粒體傳給下一代。
線(xiàn)粒體位于細胞內部，是一種重要的細胞器，因為它們承擔著(zhù)為細胞產(chǎn)生能量的重任。
線(xiàn)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(zhì)（簡(jiǎn)稱(chēng)mtDNA）。比起細胞核內的基因組DNA，線(xiàn)粒體基因的變異速度要快得多，原因之一在于線(xiàn)粒體生產(chǎn)能量時(shí)產(chǎn)生了自由基。隨著(zhù)年齡的增長(cháng)，線(xiàn)粒體會(huì )累積突變。
與細胞核DNA不同，mtDNA完全（或者說(shuō)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(huì )導致某些先天性疾病。卵細胞是否會(huì )選擇更好的線(xiàn)粒體傳下去，是科學(xué)家們長(cháng)久以來(lái)的一個(gè)疑問(wèn)。
不過(guò)，要回答這個(gè)問(wèn)題，遇到的一大挑戰是怎么看清線(xiàn)粒體的“好壞”。為此，科學(xué)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(guò)溫度的控制，其中的突變mtDNA會(huì )降低線(xiàn)粒體的能量代謝水平。
與此同時(shí)，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(lái)。
這些方法讓科學(xué)家們得以在動(dòng)物體內直觀(guān)看到了雌性生殖細胞對mtDNA的選擇。他們觀(guān)察到，早在卵子發(fā)生的早期階段，對不同mtDNA的選擇就發(fā)生了，并且持續到之后的生殖細胞分化過(guò)程。
接下來(lái)，研究人員探索了對線(xiàn)粒體的選擇是怎么實(shí)現的。他們發(fā)現，一種叫作mitofusin的蛋白起著(zhù)重要的調節作用。顧名思義，這種蛋白幫助線(xiàn)粒體融合。在一般情況下，線(xiàn)粒體之間通過(guò)融合相互連接，共享健康的mtDNA，這樣即便有一些線(xiàn)粒體存在突變產(chǎn)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(xiàn)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(xiàn)粒體產(chǎn)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(xiàn)粒體被清除，而在成熟卵細胞中留下來(lái)的“好”線(xiàn)粒體們則可以更有力地支持一個(gè)健康的胚胎。
生殖細胞對線(xiàn)粒體的選擇也提示了科學(xué)家，或許在其他細胞中通過(guò)阻斷線(xiàn)粒體融合、促進(jìn)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(shuō)的：“線(xiàn)粒體疾病包括導致肌肉無(wú)力的疾病、神經(jīng)問(wèn)題和某些形式的糖尿病等，而我們的這些發(fā)現有望為線(xiàn)粒體疾病發(fā)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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