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PNAS:线粒体DNA遗传自父亲!不仅是母亲!

首页 » 《转》译 2019-01-18 转化医学网 赞(3)
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导读
线粒体是为细胞提供能量(ATP)的细胞器,其携带着自己的DNA—mtDNA,这些基因的突变能引起线粒体疾病。长久以来,人们普遍认为孩子的线粒体仅继承于母亲,而父亲精子中的线粒体在受精后已经被破坏,因而对线粒体疾病的研究多局限于母系遗传。


线粒体是为细胞提供能量(ATP)的细胞器,其携带着自己的DNA—mtDNA,这些基因的突变能引起线粒体疾病。长久以来,人们普遍认为孩子的线粒体仅继承于母亲,而父亲精子中的线粒体在受精后已经被破坏,因而对线粒体疾病的研究多局限于母系遗传。近日,辛辛那提儿童医院医疗中心的研究人员发现公认的mtDNA遗传规律存在不足,父系mtDNA在少数情况下仍可遗传后代!换言之,mtDNA遗传并非母亲“特权”,父亲也可为子女mtDNA添砖加瓦!

mtDNA遗传之谜

我们知道,和大多数细胞一样,精子也包含许多能够产生能量的线粒体,然而一旦精卵结合,精子的线粒体就会分解,这也是为什么普遍认为哺乳动物的mtDNA仅来自母体。但是,早在2002年,就有科学家在患有运动不耐受的男性患者中发现来自于双亲的mtDNA。

然而,之后的16年内却始终未曾发现其他相似病例,这使得科学家认为这类情况可能是由于样本受污染或错误标记,因此对父系mtDNA遗传以及mtDNA重组可能性的重视度始终不足,而哺乳动物mtDNA是由母系遗传获得的,母本会通过随机漂变或主动选择将突变的mtDNA传递到子代似乎已经盖棺定论。若真是如此,间或出现的mtDNA异质性“失误”(即mtDNA突变并不完全来源于母体)是怎么回事呢?

mtDNA的双亲遗传

提这项研究前,得先解释一个词:mtDNA异质性。当细胞中mtDNA发生突变时,就会出现野生型与突变型mtDNA共存的现象,这种情况被称为mtDNA异质性。异质性表示一个细胞或组织既含有突变型、又含有野生型线粒体基因组。

mtDNA的双亲遗传

为什么要先说这个词呢?因为研究人员发现1名4岁的被怀疑患有线粒体疾病的男孩存在特殊的mtDNA异质性!该患者的mtDNA并非完全来自母亲!研究人员在他的mtDNA中发现了父亲mtDNA的踪迹!

同时,研究人员发现男孩的姐妹们也显示出相同异质性,使得他们将目光移向了孩子的父辈和祖辈,最终,同名发现孩子母亲的mtDNA分别来自她母亲和父亲,比例大致为60:40!

对该男孩的家族进一步分析后发现,该家族中至少有四个不同世代的成员存在母系和父系mtDNA混合的现象!随后,研究人员又对另外两个家族进行了相同的测序分析,结果显示,在这三个不相关的多代家庭(17个个体)中皆存在mtDNA母系和父系相混的异质性,比例从24%到76%不等。

研究人员推测,这一现象出现的概率或约为1/5000。这些结果表明,虽然mtDNA母系遗传的中心法则仍然有效,但仍有一些例外情况可以将父系mtDNA传递给后代!

一直以来,mtDNA父系遗传相关的问题争议颇大,这项研究证实mtDNA双亲遗传并非是个例,随着DNA测序技术日益先进,这项成果能帮助我们进一步了解细胞内遗传物质的信息,也是mtDNA相关疾病研究的新契机。

但是,研究人员也指出,母亲可能永远是孩子线粒体的主要来源。在少数罕见的情况下,或许是破坏父系线粒体的生物系统失效,留下部分父亲的线粒体遗传给后代,这是规则的例外,我们尚不明确这种例外的比例是多少,因此不能妄下定论,还需时间来证明。

参考文献:

Shiyu Luo,et al.Biparental Inheritance of Mitochondrial DNA in Humans.PNAS December 18, 2018 115 (51) 13039-13044.

(转化医学网360zhyx.com)

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