「自私的」線粒體與多種疾病有關

一些與線粒體DNA突變相關的疾病

線粒體異常導致的疾病會以各種不同的形式出現，個體之間的差異很大。

線粒體是存在於細胞中的一種特殊細胞器，它可以產生維持細胞運轉的大部分化學能量。線粒體功能異常與很多疾病相關，包括自閉症、精神分裂症、老年痴呆症、帕金森病、癲癇、中風、癌症、慢性疲勞綜合症和心血管疾病。

引起線粒體異常的因素很多。然而，線粒體DNA突變(mtDNA)的作用最大。現在，美國范德堡大學的研究人員發現，mtDNA的「自私」行為會導致多種疾病，mtDNA會採取傷害宿主細胞的方式來獲取自己的利益。

研究人員發現了特殊的分子機制，「自私」的mtDNA使用這種機制逃避細胞對線粒體活動的控制。對這種分子通路的理解可以幫助研究人員開發出針對線粒體相關疾病的治療方法。

線粒體疾病的流行

范德堡大學的生物學助理教授Maulik Patel說：「大約每200名新生兒中就有一名遺傳潛在的線粒體相關疾病，這些疾病將在成年後顯現癥狀，發病率是五千分之一。」

他們的研究結果發表在7月12日的《Cell Metabolism》上，文章名為「Homeostatic responses regulate selfish mitochondrial genome dynamics in C. elegans」。

Patel說：「一旦我們知道了突變線粒體破壞細胞管理的機制，就可以開發出針對這種分子通路的藥物，以防止突變擴散。」

線粒體是真核細胞的主要特徵之一。一般理論上認為，線粒體是由細菌發展進化而來，它可以將高毒性的氧分子轉化為能源，這種能力是原核細胞所不具備的。

細胞的動力工廠

儘管獨立的線粒體以其「細胞動力工廠」的作用而著名，但是它們也參與許多其它的細胞操作，包括細胞循環和生長。

線粒體的獨特之處在於，它們在內共生的過程中仍然保留了自己的DNA。比起大規模人類基因組，線粒體的基因組非常小，是母系遺傳包含一個由37個基因組成的封閉環。

不同種類的細胞中mtDNA副本的數量不同。比如，人類血液細胞中根本沒有mtDNA，而肝細胞中有成千上萬的mtDNA副本。

正常細胞中，所有的mtDNA副本都相同。然而，細胞包含可以破壞功能異常的細胞成分的分子機制，包括線粒體。這就導致，這些細胞器可以被快速地複製和破壞，從而mtDNA的數量會上升。如果達到很高的水平，就會致病。

線粒體疾病的獨特性質

線粒體疾病有一些獨特的性質。Patel說：「細菌感染的形式是全有或全無，而線粒體感染則是從零到百分之百都可能。這使得線粒體疾病有多種癥狀，因個人差異而各不相同。」此外，線粒體疾病會由母親遺傳給孩子，多發於晚年。

Patel和他的同事使用透明的秀麗隱桿線蟲研究了線粒體疾病的本質，探究了包括人類的多細胞有機體發展的基本過程和行為。

突變的mtDNA 如何破壞細胞的管理控制機制

研究人員發現，細胞會激活兩種特定的響應用於對付線粒體功能異常。然而，這些響應非故意地使突變的mtDNA進一步增殖和擴散。Patel說：「從這個角度看，突變mtDNA可以被認為是一種自私的實體，它們會利用細胞的管理控制機製為自己的進化利益服務。」

線粒體基因組的數量

細胞知道它們所擁有的正常線粒體基因組數量。這使得細胞可以在需要更多能量的時候生成更多的線粒體。研究人員發現的證據表明，一些突變的線粒體基因組可以逃避細胞的「計數器」。結果導致，細胞在為了得到更多能量的過程中生成了更多的突變基因組副本。

線粒體未摺疊蛋白響應

線粒體細胞持續地監控著它們的健康狀況。當它們檢測到線粒體功能異常時，細胞嘗試使用一個名為「線粒體未摺疊蛋白響應（mitochondrial unfolded protein response）」的過程修復問題。除了緩解線粒體功能異常之外，這個過程還可以保護線粒體不被細胞的分解機制破壞。研究人員發現了證據表明，某種突變線粒體可以激活這種響應，這就會導致細胞會容忍它們的存在，並使得mtDNA可以增殖。

Patel說：「這就是突變線粒體基因組利用細胞防禦達到『自私』目的的兩種情況。」

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