揭線粒體DNA之謎 可望開啟治療新窗
來源: 《健康創富》190期    作者: 健康創富    發布時間: 2016-09-14 10:19    874 次瀏覽



香港中文大學(中大)生命科學學院副教授姜秉昊教授與美國的研究團隊合作,以跨學科研究方法,成功揭示線粒體DNA(去氧核醣核酸)只能通過母體遺傳背後的重要機制,為此科學謎團帶來嶄新的啟示。新發現同時有助進一步研究與線粒體DNA相關的神經退化疾病及改善人工受孕技術。



只會遺傳自母親

約於50 年前, 科學家發現人體DNA不只存在於細胞核內,而同時存在於細胞內的線粒體。線粒體是真核細胞進行氧化代謝的部位,人體吸收的糖類、脂肪和胺基酸最終會在線粒體氧化,為細胞提供能量。線粒體DNA只佔人體總DNA的很小部分,在人體約20,000個基因中,只有37個基因由線粒體DNA編碼而成。在大部分動物中細胞核DNA遺傳自雙親,線粒體DNA只會遺傳自母親。來自父親的線粒體DNA,為何會在受精卵中消失?它又是怎樣消失?科學界一直未有明確的答案。

姜秉昊教授與美國科羅拉多大學薛定教授的研究團隊,透過研究秀麗隱桿線蟲(C.Elegans)精子內的線粒體嘗試找出答案。秀麗隱桿線蟲是一種非寄生線蟲,可以獨立生存,身長約一毫米,一般生長於溫帶泥土中。科學家長久以來利用秀麗隱桿線蟲作細胞研究,是生物學研究的一種模式生物(Model Organism)。



新發現助改善 人工受孕技術

科學家已知道,線蟲母親的卵子細胞會產生自噬作用,吞噬精子的線線粒體DNA粒體,並將它們分解(Degrada -tion)。但姜教授及研究團隊利用高解析度的電子顯微鏡,觀察線蟲細胞內部結構小至納米尺度的三維影像時,發現精子線粒體在母親卵子的自噬作用發生之前,已經出現衰退的跡象。


姜教授表示,發現精子線粒體有自我分解的機制(Self-degradation),如同一種自殺行為。當精子進入卵子時這個內在機制就會立即啟動,且當此機制遭到延緩胚胎的生存率便會降低。此發現有助科學家了解與此機制相關的疾病,以及改善人工授孕的技術。



可望為相關疾病 開啟治療新窗

基於以上的發現,研究團隊再進一步尋找促進精子線粒體自我分解的蛋白質,發現於線粒體表面的CPS-6蛋白有切斷DNA分子的功能。此發現在分子層面直接解釋了為何線粒體DNA不能通過父系遺傳:當精子進入卵子時,CPS-6蛋白會移動到精子線粒體上並分解其DNA。研究人員更發現,假如父親的線粒體不被清除,將會傷害發育中的胚胎。


由於線粒體為細胞代謝提供能量時,非常容易受到損傷,因此它們受到細胞自噬系統的嚴密監察,異常的線粒體會被自噬作用清除。在人體中,如果這個清除功能發生異常,便有可能引致神經退化疾病。深入了解線蟲的父系線粒體DNA的清除過程,將為研究人體細胞的自噬系統提供新方向,甚至可為相關的疾病提供治療方法,包括帕金遜症、腦退化症及一些心臟疾病及失明等。



■姜秉昊教授利用高解析度電子顯微鏡研究線蟲,揭示精子線粒體的自我分解機制。




■卵母細胞產生自噬作用(紅)吞噬精子線粒體(藍)的三維圖像。圖像是根據電子顯微鏡數據製成。