研究發(fā)現(xiàn)，成熟精子缺乏完整的線粒體DNA

線粒體DNA是嵌入細(xì)胞器中的獨(dú)特遺傳密碼，是人體內(nèi)每個(gè)細(xì)胞的動(dòng)力裝置，而線粒體DNA只由母體遺傳，新的研究為這一基本科學(xué)原理提供了新的見解。

這項(xiàng)研究是俄勒岡健康與科學(xué)大學(xué)和其他機(jī)構(gòu)合作進(jìn)行的，發(fā)表在《自然遺傳學(xué)》雜志上。

科學(xué)家們?cè)缇驼J(rèn)識(shí)到，線粒體DNA(mtDNA)只來自人類的卵細(xì)胞，這意味著只有母親才能提供由數(shù)千個(gè)線粒體攜帶的遺傳密碼，這些線粒體是人體每個(gè)細(xì)胞產(chǎn)生能量所必需的。

以前，人們認(rèn)為，在受精過程中，精子與卵母細(xì)胞或發(fā)育中的卵子融合后不久，父系mtDNA就被消除了，者可能是通過一種類似免疫的搜索-破壞反應(yīng)。

然而，該研究發(fā)現(xiàn)，雖然成熟精子確實(shí)攜帶少量線粒體，但它們?nèi)狈ν暾膖DNA。

OHSU胚胎細(xì)胞和基因治療中心主任Shoukhrat Mitalipov博士說:“我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)每個(gè)精子細(xì)胞與卵子受精時(shí)，確實(shí)會(huì)帶來100個(gè)左右的線粒體作為細(xì)胞器，但其中沒有mtDNA。”

研究人員發(fā)現(xiàn)，精子細(xì)胞不僅缺乏完整的mtDNA，而且還缺乏維持mtDNA所必需的一種蛋白質(zhì)，即線粒體轉(zhuǎn)錄因子a (TFAM)。

科學(xué)家們不確定為什么精子不允許提供線粒體DNA，但Mitalipov認(rèn)為，這可能與精子在其生物動(dòng)力中使用大量線粒體能量使卵子受精有關(guān)。因此，它會(huì)在mtDNA中積累突變。相比之下，發(fā)育中的卵母細(xì)胞主要從周圍細(xì)胞獲取能量，而不是從自身的線粒體中獲取能量，因此保持相對(duì)原始的mtDNA。

Mitalipov說:“卵子之所以能傳遞非常好的線粒體DNA，部分原因是它們不使用線粒體作為能量來源。”

精子中大約100個(gè)細(xì)胞器被嵌在每個(gè)卵細(xì)胞中的數(shù)十萬個(gè)線粒體所淹沒——每個(gè)細(xì)胞都攜帶線粒體DNA中的37個(gè)基因。只有母體mtDNA的貢獻(xiàn)被認(rèn)為通過限制導(dǎo)致后代疾病的mtDNA突變積累的風(fēng)險(xiǎn)而賦予了進(jìn)化優(yōu)勢(shì)。

線粒體控制著身體每個(gè)細(xì)胞內(nèi)的呼吸和能量產(chǎn)生，因此mtDNA的突變可能導(dǎo)致一系列潛在的致命疾病，影響需要高能量的器官，如心臟、肌肉和大腦。

為了幫助母親防止將已知的mtDNA疾病遺傳給她們的孩子，Mitalipov開創(chuàng)了一種稱為線粒體替代療法的方法，通過使用來自捐贈(zèng)卵子的健康mtDNA進(jìn)行體外受精來替代突變的mtDNA。

國(guó)會(huì)阻止美國(guó)食品和藥物管理局(Food and Drug Administration)監(jiān)督在美國(guó)使用該方法進(jìn)行的臨床試驗(yàn)，因此臨床試驗(yàn)轉(zhuǎn)而在海外進(jìn)行，包括在英國(guó)進(jìn)行的預(yù)防疾病的臨床試驗(yàn)和在希臘進(jìn)行的治療不孕癥的臨床試驗(yàn)。

研究人員寫道，這項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)對(duì)人類生育和生殖細(xì)胞治療具有重要意義。

“了解TFAM在精子成熟過程中的作用及其在受精過程中的功能，可能是我們治療某些不孕癥的關(guān)鍵，并提高輔助生殖技術(shù)的效率，”通訊作者、費(fèi)城托馬斯杰斐遜大學(xué)的分子生物學(xué)家Dmitry Temiakov博士說。

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