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卵细胞如何选择最好的强力传递

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。

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