科研

颠覆教科书!父本线粒体DNA也能遗传给后代

线粒体可以为细胞提供能量,同时也承载着遗传物质线粒体DNA(mtDNA)。对于mtDNA的“传承”,科学家们多数认为只有母亲才能把这种遗传物质传给他们的后代。也有科学家提出了mtDNA父系遗传的疑议,并在羊、苍蝇和老鼠身上得到了证实。但在人类中却一直没有找到令人信服的相关证据。不过,最近的一项新研究找到了人类mtDNA双亲遗传的多个实例,也许mtDNA真的可以由父亲遗传给后代!

11月26日,PNAS期刊刊登了这一最新发现,科学家通过对具有神秘症状的个体及其亲属的线粒体进行测序,发现了mtDNA父系遗传证据。

尽管这种遗传事件发生率较低,却真实发生了。事实上,对于人类mtDNA的遗传研究一直在进行,此前也有报道称发现了父系遗传的证据,但最后都被证实是样本污染和样本混淆造成的错误结果。在PNAS发表的这项最新研究中,为避免出现以上错误,研究人员在发现mtDNA可双亲遗传后,在不同独立实验室,利用不同方法进行高深度全mtDNA测序分析证实了这一结果。

该研究由美国辛辛那提儿童医院线粒体疾病中心主任黄涛生教授和梅奥诊所医院的Paldeep S. Atwal教授共同领导进行。有意思的是,这项研究成果是一个意外发现。最初,黄教授研究团队分析了一个疑似患有线粒体病的4岁小男孩的mtDNA。在研究过程中发现,他线粒体基因组没有致病性或可能致病的基因突变,但却有较高水平的异质性,包括9种同质变异体和31种异质变异体。在31个异质变异体中,10个变异体的平均异质性水平为29%,21个变异体平均异质性水平为71%。异常高水平的异质性,意味着不同的线粒体似乎含有不同的基因。

 

对于这种不同寻常的现象,黄教授起初认为这不可能,并对患者的血液进行了复验。为排除样本混淆等因素,研究团队还将样本送往不同医院进行检测,都得到了相同的结果。他们意识到这一发现有可能将打破人类线粒体遗传学的中心法则。

研究团队对这一发现进行了更深入的探索分析。他们从男孩的家人那里获得了血液样本,发现其母亲和姐妹有着相同的线粒体异质性模式。当分析该男孩祖父母的mtDNA时,发现男孩的母亲从其母亲那里遗传了21个线粒体变体,从父亲那里遗传了10个线粒体变体,表明该家庭中的mtDNA有双亲遗传特征。

为验证这一遗传模式,研究团队扩大了对该家庭的研究范围,发现男孩的两个亲属和后代也有类似的mtDNA遗传模式。同时,辛辛那提儿童医院和梅奥诊所也分别各自研究了一个独立家庭,发现这两个独立家庭也存在类似的mtDNA遗传模式这三个独立家庭有17个个体表现出高水平的mtDNA异质性(范围从24%到76%),并在第二个家庭中发现,患者是通过母亲继承了祖父母的mtDNA。该研究由不同CAP-CLIA认证实验室,使用不同实验方法完成。

通常在受精过程中,来自父本的线粒体会被抛弃,但显然这3个家庭的线粒体基因组正在打破这一规律。来自父本的mtDNA以某种方式留了下来,使后代拥有了混合的线粒体。此外,研究中的mtDNA遗传出现了类似常染色体显性遗传的模式,这意味着一些继承了混合线粒体基因组的男性能够将其遗传给他们的后代。

目前还不清楚mtDNA双亲遗传是如何发生的。研究人员猜测父本mtDNA遗传很可能与核基因突变有关,也许是细胞溶酶体途径和内切酶G途径的相关基因突变导致,因为这种突变会影响父本线粒体在胚胎的消失过程。

线粒体疾病并不少见,它可在任何年龄段表现出来,引发一系列症状,包括听力缺失、失明、肌肉萎缩和器官衰竭等,目前这些疾病尚无法治愈。科学家正进行多项研究,以开发新型疗法和生物技术来预防这些疾病遗传给下一代。黄涛生团队曾成功帮助一对夫妇生育了一个“三亲”婴儿(一个爸爸,两个妈妈)。婴儿的母亲身体健康,但她四分之一的线粒体携带亚急性坏死性脑病的基因,无法生育健康的孩子。黄教授及合作者利用捐赠者卵子的健康线粒体,替换了其有缺陷的线粒体,再进行体外受精,最终获得了拥有健康mtDNA的婴儿。

有科学家表示,这一新发现为线粒体疾病研究打开了新的大门,或许可以选择利用父本的健康mtDNA替代母本有缺陷的mtDNA,帮助生育健康的孩子。但这只是猜想,还需要更深入的研究证实。阐明这种双亲遗传发生的分子机制以及发生频率,不仅能拓展我们对mtDNA遗传过程的认识,帮助研究新的治疗方法,还有助于辅助生殖技术的研究改进,以最大限度地减少致病性mtDNA的遗传。

也许,这项新发现将深刻地改变人们对线粒体遗传的普遍看法。这种不寻常的遗传模式或将为线粒体医学研究开辟新领域。

参考资料:

1. Biparental Inheritance of Mitochondrial DNA in Humans

2. Mitochondrial DNA Can Be Paternally Inherited in Humans, New Study Finds

3. Not Your Mom’s Genes: Mitochondrial DNA Can Come from Dad

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本文由 测序中国 作者:戴胜 发表,转载请注明来源!

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