线粒体改变机体代谢和基因表达

来源：生物通

研究结果显示，线粒体DNA可能对细胞代谢和代谢敏感疾病，如心力衰竭或肥胖，有很强的影响。

大约15亿年前，微小的访客来到细胞内居住，随后细胞进化成所有动植物——包括人类。

当年的访客我们称之为线粒体，这种小细胞器的突出贡献是产生细胞生存所需的90%的化学能。从进化角度说，人类、动物和植物相当于是两种有机体（线粒体和细胞核）的结合体。

线粒体有它们自己的DNA，但是人类线粒体中的13个基因——连同用于tRNA、rRNA和一些小肽的DNA序列——被人类细胞核中的20000个基因大大地掩盖了。然而，根据阿拉巴马大学伯明翰分校病理学教授Scott Ballinger博士的初步研究，这些细小的线粒体可能对细胞代谢和代谢敏感疾病如心力衰竭或肥胖有很强的影响。

谈到细胞核中的染色体基因研究的时候，Ballinger说，“50年来，研究者们试图通过孟德尔遗传学来解释疾病易感性原因，但这仅仅为10%（真实情况可能更少）的易患疾病找到了原因。”

线粒体DNA对疾病易感性的潜在影响取决于两个因素。首先，一个人的线粒体DNA都来自母亲的卵子。这与细胞核中的染色体基因不同，平均而言，染色体基因一半来自母亲，一半来自父亲。再者，人类线粒体DNA已经进化成不同的单倍型，并且这些类型中的每一个都具有共同遗传的线粒体DNA变异。大约有25到35个基本的线粒体DNA单倍组，非洲人群中发现的一种，由于非洲大陆的遗传多样性，又具有许多不同的亚型。

为了研究线粒体DNA的影响，Ballinger和同事在交换小鼠的线粒体背景时寻找代谢和核基因表达的变化，特别是那些有不同线粒体DNA序列并且对代谢相关疾病易感性有明显差异的小鼠。

在切换线粒体DNA背景后，Ballinger和同事测量了小鼠从低脂饮食转向高脂饮食时脂肪组织的身体组成、代谢和核基因表达变化。

这是该领域的首个研究报道，他们发现改变线粒体遗传背景对小鼠的肥胖、全身代谢和核基因表达有显著影响！

例如，与喂食高脂食物相比，在具有相同核基因组但具有不同线粒体DNA背景的小鼠之间，内脏脂肪和皮下脂肪的基因表达显著改变。这些受影响基因的表达变化从10到50倍不等！并且线粒体DNA背景会影响这些受影响的基因数量或是增加或是减少。这些研究还发现，小鼠体内的代谢效率和体脂百分比也受到影响。

“这些结果与核-线粒体不同基因组合以不同的方式影响新陈代谢、肥胖和基因表达的观点明显一致，”Ballinger说。“这项工作的总体意义在于，它可以为理解复杂的遗传疾病易感性提供一个新的框架——个体的核基因组和线粒体基因组结合起来可以影响疾病的发展。我们现在正试图了解核基因和线粒体编码基因的不同组合如何相互作用来改变新陈代谢，以及这如何影响个体的疾病易感性。”