科学家在剑桥大学和伦敦大学玛丽皇后发现线粒体DNA可使其进入核DNA。这项研究发表在自然。
一个细胞的电池
线粒体通常被称为“强国”或“电池”的细胞,由于他们的作用能量转换等关键分子的过程。他们拥有自己的环状DNA称为线粒体DNA (mtDNA),这是特别有趣的科学家由于其独特的性质,如高的多态性和突变。
mtDNA的另一个独特的特性是,它是通过孕产妇线——即后代继承了。,从我们的母亲,DNA是遗传下来的不是我们的父亲。这一特点的线粒体被广泛接受,直到2018年的论文从辛辛那提儿童医院医学中心的研究人员提出,已发现了父亲的传播的证据。
线粒体是什么?
线粒体是一种细胞器,在几乎所有的真核细胞的细胞质中。他们将获得的化学能通过营养物质能量的一种形式,可以使用的细胞,通过一个被称为氧化磷酸化过程。在线粒体中,一个叫做克雷布斯循环反应产生化学NADH,然后使用酶来创建三磷酸腺苷(ATP)。线粒体的功能障碍,导致效率低下,是a衰老的标志和许多慢性疾病。
mtDNA似乎没有继承通过父亲的行
在2020年,领导的一个团队教授Patrick Chinnery从线粒体生物医学研究理事会单位利用数据基因组学英格兰的100000人基因工程研究DNA来自11000个家庭的进一步探索这些说法和寻找证据。
100000人基因组计划是什么?
100000人基因组计划是英国的一个倡议100000基因组序列,目的是了解我们的基因在健康和疾病中的作用。
从本质上讲,他们确实发现mtDNA核DNA的一些孩子,他们称之为nuclear-mitochondrial段(NUMTs)。然而,这些“插入”不在父母的DNA,这意味着他们不可能是继承了通过父亲的行。Chinnery莫和他的同事在2018年提出早期的研究有可能发现这些插入,但关于其起源得出错误的结论。“我们得出结论,罕见神秘mega-NUMTs可以像父亲mtDNA heteroplasmy,但发现没有证据表明父母mtDNA传播人类,”他们在出版物中写道。
这项新的研究发表在自然是2020年的扩张工作,采用更大的样本量,66083人,其中包括12509名癌症患者,探讨NUMTs景观。
他们发现新的mtDNA插入到核DNA发生频繁,人类基因组的进化提供了新的视角。“数十亿年前,原始动物细胞的细菌,成为我们现在所称的线粒体。这些细胞提供能量让它正常工作,同时消除氧气,这是有毒的高水平。随着时间的推移,这些原始的线粒体传递到细胞核,允许其基因组相互交谈,”Chinnery说。“这是所有被认为已经发生了很长时间以前,主要是在我们甚至形成作为一个物种,但我们发现这不是真的。现在我们可以看到这种情况发生,部分线粒体基因代码转移到核基因组可衡量的方式。”
4000年出生mtDNA转移发生一次
科学家估计,这种DNA转移一旦发生在每一个4000人口的出生。启用这个转移的分子机制还不清楚,而且Chinnery推测,这个过程发生在母亲的卵细胞。
百分之五十八的mtDNA插入被发现出现在编码蛋白质的基因组区域。因此,转让mtDNA将不可避免地增加基因组的大小。然而,研究小组发现一个逆相关性NUMT大小和其发生的频率,它们建议“指向一个选择性的过程平衡NUMT插入、维持基因组大小和删除NUMTs影响基因表达”。
在分析癌症患者的DNA样本,研究人员发现高NUMTs分布,出现在大约1000年癌症,他们认为反映了基因组不稳定性。在某些情况下,插入mtDNA有助于癌症的发展。“我们的核基因编码是打破和修理,”说Chinnery。“线粒体DNA似乎行动几乎像一个创可贴,橡皮膏帮助核基因编码自我修复。有时这样做,但在极少数情况下,如果可能会使事情变得更糟,甚至引发肿瘤的发展。”
mtDNA吸收核DNA ?不太可能
Chinnery和他的同事们也质疑mtNDA可以吸收元素的核DNA,但是没有证据表明这发生。他们把这种现象归因于mtDNA副本的大量存在与核DNA的拷贝数,有更大的几率mtDNA将被打破,进入细胞核比有相反的发生。此外,mtDNA整齐地排列在两个不多孔膜,所以这将是一个挑战对于核DNA的方式工作。然而,孔膜保护可能发生核DNA,所以mtDNA有一个更简单的通道。
参考:魏W,肖恩KR,埃尔加G, et al . Nuclear-embedded线粒体DNA序列66083年人类基因组。自然。2022年。doi:10.1038 / s41586 - 022 - 05288 - 7。
