推翻教科书!线粒体DNA可通过父系遗传

【字体: 时间:2018年11月29日 来源:生物通

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  美国辛辛那提儿童医院的黄涛生博士和梅奥诊所的Paldeep Atwal博士本周在《美国科学院院刊》(PNAS)上发表论文,称他们在三个家庭中发现了mtDNA双亲遗传。

  

对于大多数哺乳动物来说,线粒体和线粒体DNA都是只通过母系遗传。尽管其他生物偶尔会经历父系遗传,但之前关于人类父系遗传线粒体的报道大多是因为污染或样本混淆。

然而,美国辛辛那提儿童医院的黄涛生博士和梅奥诊所的Paldeep Atwal博士本周在《美国科学院院刊》(PNAS)上发表论文,称他们在三个家庭中发现了mtDNA双亲遗传。研究人员还在独立实验室中通过不同方法证实了他们的成果。

“这篇论文深刻地改变了人们对线粒体遗传的普遍看法,有望在线粒体医学领域开辟一个新天地,”研究人员在文中写道。

在分析一名疑似患有线粒体疾病的四岁男孩的mtDNA时,研究人员发现了一个不寻常的结果。尽管他们没有在线粒体基因组中发现任何致病变异,但发现男孩带有高水平的异质性——9种同质性变异和31种异质性变异。

在排除样本混淆之后,研究人员从这名男孩的家人那里获得了血液样本,并发现他的姐妹和母亲也有着相同的异质性模式。之后,他们又分析了男孩外祖父母的mtDNA,发现他的母亲携带21个母系遗传的变异和10个父系遗传的变异。

研究人员认为,这表明人类家族也存在mtDNA的双亲遗传。之后,他们将分析扩展到其他家庭成员。结果表明,这个男孩的两个姨姥姥和她们的孩子也有着类似的mtDNA遗传模式。

与此同时,另外两个无亲缘关系的家庭也享有这种mtDNA遗传模式,一个来自辛辛那提儿童医院,另一个来自梅奥诊所。这些家庭在接受线粒体疾病的研究。对于第二个家庭,研究人员发现先证者通过其母亲遗传了其外祖父母的mtDNA。

研究人员表示,这些结果证实了mtDNA在三个谱系中的双亲遗传。这项工作由三个不同的CAP-CLIA认证实验室完成,而且实验室采用不同的引物来分离mtDNA,并通过Illumina测序平台和NextGene软件进行分析。此外,他们还利用PacBio单分子测序和限制性片段长度多态性分析对第一个家族的样本进行了分析。

这就带来了一个问题,这种mtDNA的双亲遗传是如何发生的?

研究人员推测,mtDNA的父系遗传可能涉及到核基因的一个突变,这个突变影响了胚胎中父系线粒体的去除。他们指出,溶酶体通路和核酸内切酶G通路与父系线粒体的去除有关,而这些通路的改变可能影响这一过程。

他们补充说,研究这种mtDNA父系遗传如何发生,以及多久发生,有望为线粒体疾病的治疗提供信息。

“阐明这种双亲遗传的分子机制将扩大我们对线粒体遗传过程的认识,并有望为减少致病性母系mtDNA在人类中的传播提供一种替代方法,”研究人员写道。“无论这种不寻常现象背后的机制是什么,显然还需要很多年来充分了解和利用此发现的后果。”(生物通 薄荷)

原文检索

Biparental Inheritance of Mitochondrial DNA in Humans

PNAS published ahead of print November 26, 2018 https://doi.org/10.1073/pnas.1810946115

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