母亲总把最好的留给你,但你可能不知道准备得有多早
2019-05-18 09:20

母亲总把最好的留给你,但你可能不知道准备得有多早

本文来自微信公众号:学术经纬(ID:Global_Academia),作者:学术经纬,标题图来自Unsplash,原标题:《自然》:母亲总把最好的留给你,但你可能不知道准备得有多早……


都说母亲总会选择最好的给孩子。顶尖学术期刊《自然》最近上线的一篇论文显示,母亲从卵细胞起就在为将来的孩子这么做了!美国纽约大学医学院和加拿大多伦多大学的科学家们合作,首次通过直接成像技术观察到,母体的生殖细胞会选择那些更好的线粒体传给下一代。



线粒体位于细胞内部,是一种重要的细胞器,因为它们承担着为细胞产生能量的重任。


线粒体也是一种特别的细胞器,因为它们拥有自己的遗传物质(简称mtDNA)。比起细胞核内的基因组DNA,线粒体基因的变异速度要快得多,原因之一在于线粒体生产能量时产生了自由基。随着年龄的增长,线粒体会累积突变。


▲线粒体拥有自己的遗传物质(图片来源:https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/17/Mitochondrial_DNA_lg.jpg)


与细胞核DNA不同,mtDNA完全(或者说几乎完全)由母亲的生殖细胞传给下一代。一些有害的mtDNA突变会导致某些先天性疾病。卵细胞是否会选择更好的线粒体传下去,是科学家们长久以来的一个疑问。


不过,要回答这个问题,遇到的一大挑战是怎么看清线粒体的“好坏”。为此,科学家们首先借助了模式生物果蝇的遗传多样性,得到一种既带有正常“好”mtDNA、又带有突变“坏”mtDNA的杂交果蝇。通过温度的控制,其中的突变mtDNA会降低线粒体的能量代谢水平。


与此同时,研究人员采用了等位基因特异性的荧光原位杂交,在细胞中将正常和突变的mtDNA分别用不同颜色标记出来。


▲在特定温度,当突变mtDNA(紫色)影响到线粒体功能,正常mtDNA(绿色)的比例在果蝇卵巢的生殖细胞中增加(图片来源:《自然》)


这些方法让科学家们得以在动物体内直观看到了雌性生殖细胞对mtDNA的选择。他们观察到, 早在卵子发生的早期阶段,对不同mtDNA的选择就发生了,并且持续到之后的生殖细胞分化过程。


接下来,研究人员探索了对线粒体的选择是怎么实现的。他们发现,一种叫作mitofusin的蛋白起着重要的调节作用。顾名思义,这种蛋白帮助线粒体融合。在一般情况下,线粒体之间通过融合相互连接,共享健康的mtDNA,这样即便有一些线粒体存在突变产生的基因缺陷也可以“滥竽充数”。


然而,在生殖细胞内,mitofusin水平下降,线粒体融合程度降低,相反,更容易分裂成碎片。其中包含突变mtDNA的线粒体产生的能量较弱,更容易被淘汰。


最终,这种选择竞争的结果让那些较低效的“坏”线粒体被清除,而在成熟卵细胞中留下来的“好”线粒体们则可以更有力地支持一个健康的胚胎。


▲本研究通讯作者之一、纽约大学医学院的Ruth Lehmann博士(图片来源:NYU官网)


生殖细胞对线粒体的选择也提示了科学家,或许在其他细胞中通过阻断线粒体融合、促进分裂,可以帮助改善mtDNA变化导致的疾病。就像本次研究的主要作者、HHMI研究员Ruth Lehmann博士说的:“线粒体疾病包括导致肌肉无力的疾病、神经问题和某些形式的糖尿病等,而我们的这些发现有望为线粒体疾病发展新疗法奠定基础。“


参考资料:

[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


本文来自微信公众号:学术经纬(ID:Global_Academia),作者:学术经纬,标题图来自Unsplash,原标题:《自然》:母亲总把最好的留给你,但你可能不知道准备得有多早……

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