科学家发现线粒体基因组之间共存的竞争机制

全国心血管研究中心(CNIC)的研究已经确定了同一细胞中共存的不同线粒体基因组之间竞争的机制。该研究今天发表在《科学进展》上，研究了为什么在大多数细胞中，细胞中同时存在多个线粒体DNA(mtDNA)变异体，而大多数细胞却选择了单个mtDNA变异体，其身份取决于组织。

该研究由CNIC氧化磷酸化系统实验室功能遗传学负责人JoséAntonioEnríquez博士协调。线粒体DNA是仅从母亲传给后代的遗传物质。研究小组发现，存在于同一细胞中的mtDNA之间的选择取决于它们对细胞代谢的影响，并且可能受基因功能差异，药物作用或饮食变化的影响。这些因素共同决定了对特定mtDNA变体的偏好。

这项研究是与欧洲多个实验室进行了五年多的研究和合作的结果。结果表明，细胞可以检测具有不同mtDNA基因组的线粒体的存在，并选择更适合特定细胞类型代谢需要的变体。这解释了所选的mtDNA变体如何在细胞类型之间有所不同。

该研究的第一作者Ana Victoria Lechuga-Vieco博士解释说：“该研究确定了mtDNA变体的选择取决于细胞类型，而不是组织。” “细胞对特定线粒体变体的偏好取决于细胞的代谢程序以及对代谢和线粒体质量控制有微妙影响的几个核基因。我们已经表明，这种机制是功能选择的过程。”

线粒体是存在于大多数真核细胞细胞质中的细胞器。线粒体通过在呼吸链中产生ATP(三磷酸腺苷)(活生物体的主要能量来源)来提供细胞中的大部分可用能量。线粒体有自己的DNA，仅占人类遗传信息的0.2%，编码37个基因。

“同一细胞中并存一种以上的mtDNA变体比人类预期的更为普遍，这可能是针对线粒体疾病的新疗法和涉及线粒体捐赠的新医疗技术的结果。这种情况在技术上被定义为异质性。了解其含义异质性对于评估引起异质性程序的安全性至关重要。”Enríquez博士解释说。

Ana Latorre-Pellicer博士是该文章的合著者，目前是萨拉戈萨大学的一名研究人员。他说，这项新研究“首次描述了细胞水平上线粒体基因组的存在，并定义了一个以上的线粒体基因组。同一细胞内不同线粒体基因组之间的竞争机制。”

这项研究是使用具有不同线粒体基因组并在单个细胞中共存的小鼠进行的。该模型系统使研究小组能够确定细胞如何选择一种线粒体变异体，从而避免存在多种类型的mtDNA，并研究细胞核与线粒体之间通讯的复杂性。

此外，研究人员还补充说，这项研究已经确定了分子靶点，用于开发控制mtDNA选择和细胞代谢的工具，以防止通过新的医疗程序意外产生异质性。这些新技术包括移植健康的线粒体以预防线粒体疾病，将线粒体注射到卵母细胞中以增加生育力，以及提议的将线粒体转移到细胞疗法中以治疗多种疾病，包括心血管，肺和神经疾病。

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