開發(fā)卵細胞進行測試，以選擇最健康的能量制造機器傳遞給下一代。5月15日在線發(fā)表在“自然”雜志上的一項關于果蠅的新研究顯示了測試是如何完成的。

這項工作的重點是線粒體，這種細胞機將我們吃的糖，脂肪和蛋白質轉化為人體數百萬細胞所使用的能量。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，仔細選擇傳遞哪種線粒體。

“我們的結果證實了卵細胞執(zhí)行線粒體選擇的理論，”高級研究作者Ruth Lehmann博士說，他是霍華德休斯醫(yī)學研究所研究員，細胞生物學系主任，紐約大學Skirball生物分子醫(yī)學研究所所長。 Langone Health。“這些研究結果為治療線粒體疾病的新方法奠定了基礎，其中包括導致肌肉無力，神經系統疾病和糖尿病形式的肌病。”

線粒體在細胞機器中是特殊的，因為它們具有自己的DNA，稱為線粒體(mt)DNA。與存在于細胞核中的更大的DNA集(基因組)不同，mtDNA僅通過母親的卵細胞傳遞。

MtDNA也比核DNA更容易在其DNA代碼中產生隨機變化或突變，這些變化或變異隨著人的年齡增長而增加，但在生殖細胞的發(fā)育過程中也會發(fā)生，導致美國出生的大約4,300名兒童中的遺傳性疾病。狀態(tài)。

看到選擇

Lehmann說，該領域長期存在的一個問題是它無法區(qū)分“好”的線粒體和壞的線粒體，這阻礙了線粒體如何被分類和遺傳的努力。

出于這個原因，目前的研究是在果蠅(Drosophila melanogaster)中進行的，其設計用于攜帶帶有熒光標記的良好(功能性)和壞(突變體)線粒體的混合物，使它們分開。具有許多細胞特征，包括與人類共同的線粒體選擇，這種蠅類隨著時間的推移作為生物學原理研究中的關鍵模式生物。

研究人員說，為了保護它們的功能，線粒體與長互連的管相連，每個管都含有許多mtDNA分子。在這些試管中，線粒體由于遺傳缺陷而不能使13種能量產生重要的蛋白質(如腺苷三磷酸(ATP))仍能通過“借用”其他健康DNA制成的功能蛋白而存活下來。復制在同一管中。

通過觀察飛卵細胞選擇線粒體的過程，研究小組發(fā)現，這一過程是由Mitofusin水平的精確定時下降引起的，Mitofusin是一種能夠使線粒體融合的蛋白質。面對Mitofusin水平下降，可以看到線粒體分離成片段，使得每個片段平均含有更少的完整線粒體DNA組。這迫使每個線粒體在能量產生方面獨立存在，含有片段化的線粒體的突變體mtDNA也不產生ATP。

作者說，基于這種競爭，壞的線粒體被消除，成熟卵細胞中的線粒體池能夠更好地支持健康的胚胎。

通過觀察熒光探針，研究小組揭示了在果蠅產卵細胞(卵母細胞)發(fā)育過程中消除壞線粒體的時間框架。新發(fā)現的時間依次揭示了分選機制，因為選擇僅發(fā)生在線粒體分裂的發(fā)育階段。該研究進一步確定通過線粒體自噬去除了有缺陷的線粒體，這是一種已知的標記廢物破壞的過程，并涉及蛋白質Atg1和BNIP3。

作者說，不僅Mitofusin下降和碎裂階段是選擇女性生殖細胞中有缺陷的線粒體所必需的，但它也引發(fā)了在非生殖細胞中人工誘導而不是天然存在時的選擇。這一發(fā)現為已經開展的研究奠定了基礎，這些研究正在探索是否通過簡單地阻斷融合，在身體組織中誘導線粒體斷裂，就像“DNA清潔劑”一樣，用于因隨著年齡而積累的mtDNA變化引起的疾病。

與Lehmann一起，來自HHMI的共同第一作者Toby Lieber博士和Skirball研究所的Kimmel生物學和醫(yī)學中心領導了這項研究。此項研究的主要成果是共同作者和共同作者Thomas Hurd，他是紐約大學醫(yī)學院的前博士后研究員，現在他在多倫多大學的分子遺傳學系擁有自己的實驗室。研究作者Swathi Jeedigunta和Jonathan Palozzi加入了他。該研究由霍華德休斯醫(yī)學研究所，國立衛(wèi)生研究院資助R37HD41900，加拿大衛(wèi)生研究院資助FRN 159510和加拿大第一研究卓越基金資助。