根据今天发表在“科学”杂志上的一项研究，线粒体是产生我们能量的“电池”，它以先前在人类中看不到的微妙方式与细胞核相互作用。
这项由剑桥大学科学家领导的研究表明，在为最近批准的线粒体捐赠治疗选择潜在捐赠者时，将线粒体DNA与核DNA匹配可能很重要，以防止生命后期潜在的健康问题。
构成人类基因组的几乎所有DNA - 身体的'蓝图' - 都包含在我们细胞的细胞核中。这被称为“核DNA”。在其他功能中，核DNA编码的特征使我们个体以及在我们体内完成大部分工作的蛋白质。
我们的细胞还含有线粒体，通常被称为“电池”，为我们的细胞提供能量。这些线粒体中的每一个都由少量的“线粒体DNA”编码。线粒体DNA仅占整个人类基因组的0.1%，并且完全从母亲传给孩子。
到目前为止，科学家们一直认为线粒体很容易互换，只能为我们的身体提供动力，因此个体的线粒体可以被供体替代而没有任何后果。然而，在第一次使用英国100,000基因组计划及其国家健康研究所(NIHR)资助试点项目数据的主要人口研究中，研究人员比较了成千上万人的线粒体和核DNA，发现线粒体可以微调到细胞核。
研究人员研究了超过1,500对母子对，发现这些对中只有不到一半(45%)的个体存在影响其线粒体DNA至少1%的突变。线粒体DNA的某些部分的突变更可能被传播，例如所谓的D-环区域中的突变，其控制线粒体DNA如何复制自身。相反，线粒体DNA其他部分的突变更可能被抑制，例如线粒体如何产生自身蛋白质的代码。
“儿童只从他们的母亲那里继承他们的DNA，我们希望看到它如何解释线粒体疾病的起源，”第一作者，医学研究委员会(MRC)线粒体生物学部和大学临床神经科学系的Wei Wei博士说。剑桥。“我们发现，当线粒体DNA向下传代时，会发生某种选择，允许一些突变传递，其他突变则被阻断。”
研究小组发现，以前在世界范围内观察到的遗传变异更可能被传递，而不是全新的遗传变异。这意味着有一种机制可以在线粒体DNA从母体传给孩子时过滤线粒体DNA，影响特定变体在人群中建立的可能性。
DNA可以为我们的祖先提供线索 - 例如，个体DNA中的遗传变异模式可能在欧洲血统的人群中比在亚洲血统的人群中更常见。在大多数人中，我们的核和线粒体DNA中的遗传变异来自世界的同一地区。然而，在英国样本中约有40人中，线粒体DNA和核DNA没有匹配的祖先。例如，核DNA可能是欧洲的，而线粒体DNA是亚洲的。发生这种情况是因为在母系血统中的某个时刻，有一位来自不同种族背景的母亲。
“由于线粒体DNA具有比核DNA高得多的突变率，线粒体基因组突变很常见。我们想研究决定这些突变命运的天然选择性力量，”血液学系的Ernest Turro博士说。 MRC生物统计学单位，也是本研究的资深作者之一。
“我们的统计分析表明，在具有不同线粒体和核祖先的人群中，最近的线粒体突变更可能在具有相同核祖先的群体中出现，而不是相同的线粒体血统。”
至关重要的是，这些结果表明我们的线粒体DNA的变化是由我们的核DNA决定的。
“这一发现告诉我们，我们细胞中的线粒体和细胞核之间存在微妙的关系，我们才刚刚开始理解，”剑桥大学临床神经科学系主任，威尔康信托校长Patrick Chinnery教授说。研究员。“这对我们来说意味着，交换线粒体可能不像改变设备中的电池那么简单。”
这些证据反映了之前在果蝇和小鼠中的研究，其中线粒体和核DNA之间的不匹配影响了生物体在生命中生存的时间并导致了生命后期的心血管和代谢并发症(可能包括心脏病和2型的人类疾病)例如糖尿病。
这项研究结果可能对线粒体捐赠治疗(也称为线粒体替代治疗)产生影响，Chinnery教授说，他之前曾在纽卡斯尔大学的团队中开创了这种治疗方法。该技术现已获准在英国使用，以防止母婴传播可能具有破坏性的线粒体疾病。它涉及将母亲的核DNA替换为供体卵，同时保留供体的线粒体。
Chinnery教授说：“线粒体替代疗法是一种重要的新疗法，可以使母亲让孩子免于可怕的线粒体疾病，这种疾病是由于线粒体DNA发生严重突变而引起的。”
“我们的工作表明，我们需要仔细研究这种新的治疗方法，以确保它不会引起意外的健康问题。这可能意味着医生需要匹配线粒体供体的核基因组和线粒体基因组，类似进行器官移植。“
该团队现在开始研究那些线粒体DNA与其核DNA不匹配的人，看看这种不匹配是否会增加他们在以后生活中受到健康问题影响的可能性。
这项研究是第一项主要的人口研究，该研究是作为100,000 Genomes项目的一部分收集的，该项目通过NHS收集患者的遗传数据，旨在改变人们的照顾方式，并为医学研究提供重要的新资源。 。该研究的试验数据通过NIHR剑桥生物医学研究中心收集。
“100,00基因组项目在重大发现中的参与证明了大规模，精心收集的数据集与全基因组序列的重要性，这些数据集提供了新的生物学见解并为重大医疗保健转型铺平了道路，”Mark Caulfield教授说道。英国基因组学的执行官和伦敦玛丽女王大学威廉哈维研究所的联合主任。