清华国家项目专家薛定Science文章:父亲为何不将线粒体传给后代

【字体: 时间:2016年06月24日 来源:生物通

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  来自科罗拉多大学、香港中文大学等机构的研究人员,在一项新研究中揭示出了线粒体仅仅通过母亲的卵子而非父亲的精子传给后代的机制,这为生物学中一个长期存在而神秘的偏倚提供了新见解。此外,这项研究的一些实验显示,当发育过程中父系线粒体存在的时间长于应该的时间时,胚胎面临更大的致死风险。

  

生物通报道  来自科罗拉多大学、香港中文大学等机构的研究人员,在一项新研究中揭示出了线粒体仅仅通过母亲的卵子而非父亲的精子传给后代的机制,这为生物学中一个长期存在而神秘的偏倚提供了新见解。此外,这项研究的一些实验显示,当发育过程中父系线粒体存在的时间长于应该的时间时,胚胎面临更大的致死风险。他们的研究论文发表在6月23日的《科学》(Science)杂志上。

千人计划专家、现任职于清华大学和科罗拉多大学波尔得分校的薛定(Ding Xue)教授,及香港中文大学的姜秉昊(Byung-Ho Kang)副教授是这篇论文的共同通讯作者。薛定教授的研究方向,包括细胞凋亡的起始和执行,脂质的不对称性,及以线虫为模型进行的药物筛选。

2010年,薛定教授领导科罗拉多大学博尔德分校的研究人员,通过研究线虫首次发现了引起细胞凋亡的“开关”,此项研究结果可用于治疗人类由于“非正常细胞凋亡”引起的癌症等疾病。这一研究成果公布在Science杂志上(华人教授Science文章获细胞凋亡新突破 )。

2012年,科罗拉多大学博尔德分校的的薛定研究小组发现了肝细胞中乙型肝炎病毒的两个最佳靶点,这一研究发现有可能促成对全球感染这一病毒的4亿人群部分患者的治疗。两篇研究论文发表在PNAS杂志上(薛定教授PNAS乙肝治疗新希望 )。

2015年,薛定教授参与的两项研究鉴别出了一个独特的分子,其不仅可以吞噬坏细胞,还能够修复受损的神经细胞。两篇研究论文分别发表在Nature及其子刊Nature Communications杂志上(薛定教授两篇Nature文章揭示凋亡、再生关键因子 )。

存在于几乎所有多细胞动物、植物和真菌的细胞内,线粒体起着重要的作用为细胞生成生存所需的能量。在受精时精子穿透卵子后不久,精子的线粒体被降解,而卵子的线粒体存留下来。

为了更深入地了解这种高度特异的降解模式,研究人员采用电子显微镜和X线断层摄影术研究了发育早期阶段秀丽隐杆线虫中的精子(父系)线粒体。有趣地是,他们发现在被自噬体包围之前父系线粒体就已部分自毁。这表明在父系线粒体自身内部存在另一种机制启动了降解过程。

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对胚胎发育早期阶段的父系线粒体进行RNA分析,提示cps-6基因促进了这一过程,研究小组通过研究缺失cps-6的精子证实了这一点;没有cps-6,父系线粒体在发育阶段存留的时间明显延后。进一步的调查表明,cps-6编码的酶首先分解了父系线粒体的内膜,然后才移动到内膜空间中分解线粒体DNA。当研究人员操控父系线粒体在发育后期分解时,这提高了胚胎无法生存的机会,表明父系线粒体的传递对进化不利。

总而言之,这项研究的结果表明,cps-6在启动父系精子自毁中发挥关键作用,这有可能让胚胎获益。

(生物通:何嫱)

作者简介:

薛定 博士

教授,长江讲座教授,千人计划专家

工作经历:
1981-1986年,  中国科技大学生物系                           学士
1986-1987年,  中国科学院上海细胞生物学研究所          研究生
1988-1989年,     美国康涅狄格大学医学院                          研究生
1989-1993年,  美国哥伦比亚大学生命科学系                  发育生物学博士
1994-1997年,  美国麻省理工学院大学生物系               博士后
1997年至今,   美国科罗拉多大学波德分校,                  助理教授、副教授(tenured)、教授
2007-2013年, 清华大学生命学院                                   讲席教授
2013年至今      清华大学生命学院                          教授,博士生导师,“千人计划” 专家
2008-2014,       瑞典卡罗琳斯卡医学院                              外籍教授

主要科研领域与方向:
以秀丽线虫为主要动物模型,研究细胞凋亡的调控机制,磷酸脂在生物膜上不对称分布的调控机制,父本线粒体在早期胚胎发育过程中选择性清除的分子机制,乙型肝炎病毒致病的机制和筛药,以及由非正常的细胞凋亡及磷酸脂不对称分布引起的疾病,如癌症,自身免疫疾病等。

生物通推荐原文索引:

"Mitochondrial endonuclease G mediates breakdown of paternal mitochondria following fertilization," by Q. Zhou; H. Li; H. Li; A. Nakagawa; E.-S. Lee; B.L. Harry; R.R. Skeen-Gaar; D. Xue at University of Colorado in Boulder, CO; J.L.J. Lin; H.S. Yuan at Academia Sinica in Taipei, Taiwan; B.L. Harry at University of Colorado in Aurora, CO; Y. Suehiro; S. Mitani at Tokyo Women's Medical University in Tokyo, Japan; Y. Suehiro; S. Mitani at Japan Science and Technology Agency in Tokyo, Japan; D. William at University of Florida in Gainesville, FL; B.-H. Kang at The Chinese University of Hong Kong in Hong Kong, China.

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