开发卵细胞进行测试，以选择最健康的能量制造机器传递给下一代。5月15日在线发表在“自然”杂志上的一项关于果蝇的新研究显示了测试是如何完成的。
这项工作的重点是线粒体，这种细胞机将我们吃的糖，脂肪和蛋白质转化为人体数百万细胞所使用的能量。在纽约大学医学院和多伦多大学的研究人员的带领下，研究小组首次使用直接成像技术观察母体生殖细胞，仔细选择传递哪种线粒体。
“我们的结果证实了卵细胞执行线粒体选择的理论，”高级研究作者Ruth Lehmann博士说，他是霍华德休斯医学研究所研究员，细胞生物学系主任，纽约大学Skirball生物分子医学研究所所长。 Langone Health。“这些研究结果为治疗线粒体疾病的新方法奠定了基础，其中包括导致肌肉无力，神经系统疾病和糖尿病形式的肌病。”
线粒体在细胞机器中是特殊的，因为它们具有自己的DNA，称为线粒体(mt)DNA。与存在于细胞核中的更大的DNA集(基因组)不同，mtDNA仅通过母亲的卵细胞传递。
MtDNA也比核DNA更容易在其DNA代码中产生随机变化或突变，这些变化或变异随着人的年龄增长而增加，但在生殖细胞的发育过程中也会发生，导致美国出生的大约4,300名儿童中的遗传性疾病。状态。
看到选择
Lehmann说，该领域长期存在的一个问题是它无法区分“好”的线粒体和坏的线粒体，这阻碍了线粒体如何被分类和遗传的努力。
出于这个原因，目前的研究是在果蝇(Drosophila melanogaster)中进行的，其设计用于携带带有荧光标记的良好(功能性)和坏(突变体)线粒体的混合物，使它们分开。具有许多细胞特征，包括与人类共同的线粒体选择，这种蝇类随着时间的推移作为生物学原理研究中的关键模式生物。
研究人员说，为了保护它们的功能，线粒体与长互连的管相连，每个管都含有许多mtDNA分子。在这些试管中，线粒体由于遗传缺陷而不能使13种能量产生重要的蛋白质(如腺苷三磷酸(ATP))仍能通过“借用”其他健康DNA制成的功能蛋白而存活下来。复制在同一管中。
通过观察飞卵细胞选择线粒体的过程，研究小组发现，这一过程是由Mitofusin水平的精确定时下降引起的，Mitofusin是一种能够使线粒体融合的蛋白质。面对Mitofusin水平下降，可以看到线粒体分离成片段，使得每个片段平均含有更少的完整线粒体DNA组。这迫使每个线粒体在能量产生方面独立存在，含有片段化的线粒体的突变体mtDNA也不产生ATP。
作者说，基于这种竞争，坏的线粒体被消除，成熟卵细胞中的线粒体池能够更好地支持健康的胚胎。
通过观察荧光探针，研究小组揭示了在果蝇产卵细胞(卵母细胞)发育过程中消除坏线粒体的时间框架。新发现的时间依次揭示了分选机制，因为选择仅发生在线粒体分裂的发育阶段。该研究进一步确定通过线粒体自噬去除了有缺陷的线粒体，这是一种已知的标记废物破坏的过程，并涉及蛋白质Atg1和BNIP3。
作者说，不仅Mitofusin下降和碎裂阶段是选择女性生殖细胞中有缺陷的线粒体所必需的，但它也引发了在非生殖细胞中人工诱导而不是天然存在时的选择。这一发现为已经开展的研究奠定了基础，这些研究正在探索是否通过简单地阻断融合，在身体组织中诱导线粒体断裂，就像“DNA清洁剂”一样，用于因随着年龄而积累的mtDNA变化引起的疾病。
与Lehmann一起，来自HHMI的共同第一作者Toby Lieber博士和Skirball研究所的Kimmel生物学和医学中心领导了这项研究。此项研究的主要成果是共同作者和共同作者Thomas Hurd，他是纽约大学医学院的前博士后研究员，现在他在多伦多大学的分子遗传学系拥有自己的实验室。研究作者Swathi Jeedigunta和Jonathan Palozzi加入了他。该研究由霍华德休斯医学研究所，国立卫生研究院资助R37HD41900，加拿大卫生研究院资助FRN 159510和加拿大第一研究卓越基金资助。