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Scientific Reports:母亲的线粒体DNA突变会减少孩子的寿命

摘要 : 一个人的寿命在某种程度上甚至有可能在他们出生之前就已经决定了,如果将发表于2014年10月9日的《Scientific Reports》的一项研究将小鼠转变为人类的话。这项新的研究表明,母亲的卵细胞中的线粒体DNA突变可能会缩短她的孩子的约三分之一的寿命。
Scientific Reports:母亲的线粒体DNA突变会减少孩子的寿命

一个人的寿命在某种程度上甚至有可能在他们出生之前就已经决定了,如果将发表于2014年10月9日的《Scientific Reports》的一项研究将小鼠转变为人类的话。这项新的研究表明,母亲的卵细胞中的线粒体DNA突变可能会缩短她的孩子的约三分之一的寿命。

“这种工作的极端重要性是,证明线粒体DNA(母系遗传)携带对于寿命有着至关重要的遗传信息,” 费城儿童医院的病理学和实验室医学教授道格拉斯·华莱士说。华莱士并没有参与这项新研究中,但他独立表明,母系遗传的线粒体基因突变可以影响衰老,寿命和癌症。

这篇新文章基于去年发表于《Nature》杂志上的一篇文章,那篇文章表明,在其它野生型小鼠中,来自母亲的线粒体DNA突变足以引起早衰——这一发现被耶鲁大学的病理学和遗传学教授Gerald Shadel描述为“一个真正的突破”。

但由于当时急于发表这个新发现。“我们当时并不知道它们的寿命是否收到影响,” Scientific Reports和Nature这两篇论文的第一作用卡罗林斯卡研究所的海梅·罗斯说。因为等待动物死亡大约需要一年左右的时间。

现在,与平均寿命为141周的对照组相比,继承了突变线粒体DNA的小鼠的平均寿命为100周。纽卡斯尔大学的神经内科教授道格拉斯·特恩布尔(并没有参与这项研究),描述该结果为“有趣但没有令人感到惊讶”,因为过早衰老的动物将会英年早逝。

然而,却不知道为何线粒体DNA突变会使得寿命变短。线粒体功能失调可能会影响细胞代谢,以及导致各种各样的问题,如有害的活性氧类物质的积累,干细胞的活力降低,以及降低DNA修复,导致核基因组中的损伤积累。“老龄化是一个复杂的过程,并涉及到这么多不同的方面,”罗斯说,“所以,这一切的一点点地聚集在一起在很短的时间中不断地敲打生物体。”

但无论是作用机理,还是机制,通过损伤的线粒体可影响老化,这一发现指出,这种突变可导致跨代效应具有繁殖的影响。华莱士说,例如,线粒体突变往往随着一个人的身体组织的年龄增长而积累,并且也可以这么认为,卵细胞可能也发生这个过程。如果是这样,高龄产妇比年轻的母亲传递更多的线粒体基因突变给后代。

“如果,我们可以在理论上测量这些突变,我们可以这样对自己说,好吧,如果它们得到比母亲的卵细胞更高的阈值,那么我们还能做些什么呢?”罗斯说。“也许会干预。”她说,也许医药或营养的方法可能会有所帮助。正如三亲体外受精(three-parent in vitro fertilization)——一种技术,能够使得一个携带严重致病的线粒体基因突变的女人,可以通过将来自于她的卵细胞的一个核注入一个健康的女人的卵细胞(即携带未受影响的线粒体)中,以避免将疾病传递给后代。这项技术有望在英国几年内上市。

已经继承了线粒体的状态的人们也不用担心,有证据表明,携带线粒体基因突变的小鼠发生早衰运动可以延缓衰老的进程。“我们可以改变我们的命运,这是个好消息,”罗斯说。

原文摘要:

Maternally transmitted mitochondrial DNA mutations can reduce lifespan

Jaime M. Ross, Giuseppe Coppotelli, Barry J. Hoffer & Lars Olson

We recently showed that germline transmission of mitochondrial DNA mutations via the oocyte cause aggravation of aging phenotypes in prematurely aging mtDNA mutator (PolgAmut/mut) mice. We discovered that 32% of these mice also exhibit stochastic disturbances of brain development, when maternal mtDNA mutations were combined with homozygosity for the PolgA mutation, leading to de novo somatic mtDNA mutations. Surprisingly, we also found that maternally transmitted mtDNA mutations can cause mild premature aging phenotypes also in mice with a wild-type nuclear DNA background. We now report that in addition to the early onset of aging phenotypes, these mice, burdened only by low levels of mtDNA mutations transmitted via the germline, also exhibit reduced longevity. Our data thus demonstrate that low levels of maternally inherited mtDNA mutations when present during development can affect both overall health and lifespan negatively.

 

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