EbioMedicine：小小細胞器卻有大動作！線粒體或能改變機體的代謝和基因表達！

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大約15億年前，微小的訪客來到細胞中生活，隨後這些細胞進化成為植物和動物生命（包括人類），這些訪客就是線粒體，其是一種小型的細胞器，能夠產生細胞生存所需要的大約90%的化學能量，從進化學的角度來講，人類、動物和植物實際上是兩種有機體的完美結合。線粒體擁有自身的DNA，人類細胞的線粒體有13個基因，相比人類細胞核中的2萬個基因而言顯得有些黯然失色，儘管如此，這些微型線粒體也會明顯影響細胞的代謝以及機體對多種代謝性疾病的易感性，比如心力衰竭和肥胖等。

圖片來源：theconversation.com

近日，一項刊登在國際雜誌EbioMedicine上的研究報告中，來自阿拉巴馬大學的科學家們通過研究發現，線粒體或能改變機體的代謝和基因表達。研究者Scott Ballinger博士表示，在長達50年的時間裡，科學家們一直在利用孟德爾遺傳學來尋找機體的疾病易感性，線粒體DNA對疾病易感性的可能性影響取決於兩個事實，首先一個人機體所有的線粒體DNA都來自於母親（卵細胞），這與細胞核中染色體的基因並不相同（一半來自母親，一半來自父親），其次，人類線粒體DNA會進化成為不同的單體型，每一種類型都會遺傳特殊的線粒體DNA突變，目前大約有25-35種基本的線粒體DNA單體型。

為了調查線粒體DNA對機體健康的影響，研究人員對小鼠機體線粒體的背景進行交換，隨後尋找小鼠機體代謝和細胞核基因表達的改變，尤其擁有不同的線粒體DNA序列，以及是機體存在與代謝相關的疾病的易感性差異時。當關閉了線粒體DNA背景後，研究人員將小鼠的飲食從低脂肪轉化為高脂肪飲食，隨後測定了小鼠機體成分、脂肪組織的代謝和細胞核基因表達的改變。

研究者發現，轉換線粒體的遺傳背景信息或會明顯影響小鼠機體的肥胖、機體整體代謝以及細胞核基因的表達情況。比如，當餵食低脂和高脂飲食後，擁有相同核基因組但不同線粒體DNA背景的小鼠在內臟和皮下脂肪中的基因表達會發生顯著的變化，受影響基因的數量變化範圍為10-50倍，而且線粒體DNA的背景會影響受影響基因的數量。此外，研究者還發現，小鼠機體體脂的代謝效率和體脂百分比也會受到影響。

研究者Ballinger說道，相關的研究結果與此前提出的一種概念相一致，即不同的細胞核-線粒體遺傳組合或許會以不同的方式來影響機體的代謝、肥胖和基因表達；本文研究或能幫助研究人員理解複雜的遺傳性疾病易感性的發生機制，如今研究人員也正常嘗試理解細胞核和線粒體編碼基因的組合如何相互作用來改變機體的代謝以及對不同疾病的易感性。

參考資料：

Kimberly J. Dunham-Snary, Michael W. Sandel, Melissa J. Sammy, et al. Mitochondrial – nuclear genetic interaction modulates whole body metabolism, adiposity and gene expression in vivo. EBioMedicine, 2018; 36: 316 DOI: 10.1016/j.ebiom.2018.08.036

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