簡析線粒體DNA異質性

馮欽

（成都市龍泉驛區衛生學校 四川成都 610100）

簡析線粒體DNA異質性

馮欽

（成都市龍泉驛區衛生學校 四川成都 610100）

線粒體DNA存在異質性，在醫學、生物學等領域都有著廣泛的應用。本文將著重介紹線粒體在體細胞突變、父系摻入以及雜交等自然情況下的產生機制及其遺傳。

線粒體 DNA

一個生物體中一般僅存在一個類型的線粒體DNA（mitochondrial DNA,mtDNA）,但是目前研究中發現單個個體細胞質中往往存在不止一個類型的mtDNA,這種現象稱之為線粒體異質性（heteroplasmy）,即同一個體中存在兩種或兩種以上類型的線粒體DNA。線粒體異質性在不同個體和組織中發生的頻率以及多態性水平是不同,就目前研究發現,在肌肉組織和衰老個體中發生的頻率是最高的。

線粒體DNA異質性可以分為長度異質性和位點異質性兩種類型,長度異質性主要指的是線粒體D-loop區產生串聯重復導致的,長度異質性被認為是中性選擇的結果。線粒體DNA位點異質性指的是一個或者多個核苷酸位點的堿基改變,即線粒體DNA上一個或者多個堿基的轉換、巔換、插入或者缺失等突變所導致的,從而產生線粒體異質性。異質性點突變與年齡呈正相關關系,隨著年齡的增長,點突變的問題越嚴重。線粒體DNA位點異質性也被認為是中性突變,即極少導致病理。線粒體DNA異質性在細胞連續分裂過程中會產生遺傳漂變,這將導致細胞中的突變型mtDNA的比例范圍在0-100%之間。

1 體細胞突變形成的線粒體異質性

個體在生長發育過程中,體細胞中的線粒體DNA會發生堿基突變,進而引起個體不同組織或者細胞中的線粒體出現異質性。線粒體DNA沒有組蛋白的保護,與線粒體內膜（氧化磷酸化場所）距離靠近,在此附近存在較多的自由基,容易受到攻擊,從而發生氧化損傷,進一步導致突變的產生；線粒體DNA復制較快且不具備校讀功能,缺乏快速有效的DNA損傷修復功能,表現為較高的復制錯誤率以及較低的修復能力,因此線粒體DNA的禿驢是核DNA的10-20倍,在進化上,線粒體的進化速度為核DNA的5-10倍。隨著年齡的增長,同一個體以及細胞中發生線粒體突變的部分不斷復制,從而細胞水平上存在異質性的細胞亞群。

2 父本信息滲入產生的線粒體DNA異質性

線粒體DNA遺傳是嚴格的母系遺傳,但是目前的研究表明,線粒體DNA有雙親傳遞現象,父本的信息可以滲入到下一代中,這些結果在鼠、果蠅和人類中均有結果呈現。隨著研究的不斷深入,大多數學者認為線粒體DNA父系遺傳可能存在兩種遺傳機制。一種是父系線粒體DNA滲入機制,通過對小鼠受精過程追蹤發現隨著受精卵的發育,精子線粒體DNA在受精卵中所占的比例越來越少,直至完全消失。這表明線粒體DNA父系遺傳涉及到受精過程中精子線粒體DNA在受精卵中的存在,同時在動物受精過程中受精卵中存在某種物質限制外源線粒體DNA在受精卵中擴散［2］。另一種可能是線粒體DNA重組機制。

Awadalla等認為線粒體DNA之間存在重組現象,通過對靈長類的線粒體DNA連鎖不平衡分析發現,線粒體DNA存在非常廣泛的重組現象,而這種重組現象最大可能是來自父母雙方的重組［3］。

3 雜交導致的線粒體DNA的異質性

近源物種間的雜交導致線粒體DNA異質性在雜交個體之間出現時非常普遍的現象。線粒體DNA是母系遺傳,即線粒體DNA主要是通過卵子傳遞,雜交個體大多數表現為木系遺傳。嚴格的母系遺傳有助于根據線粒體DNA之間的差異追溯其母系起源,同時也可以預測其雜交的方向。隨著研究的不斷深入,雜交個體后代中也具有極其少量的父系線粒體DNA。Awadalla等人對小鼠種內雜交線粒體追蹤顯示,父本線粒體DNA在胚胎發育前核后期被降解,牛和恒河猴在受精卵發育到八細胞期之前被降解掉。這些研究結果表明,種間雜交形成的線粒體異質性是由于細胞內識別異源線粒體DNA的特異性降低,導致依賴于泛素識別異源物質的降解功能缺乏或者是泛素功能缺乏,進而使得精子線粒體DNA可以在雜交后代中可以遺傳,這在另一方面也體現了線粒體遺傳機制中的“瓶頸效應”［4］。

目前,研究者為了證實線粒體DNA異質性提出的“瓶頸效應”,指的是在同一個體的不同組織間進行的線粒體DNA異質性分布的檢測。研究者發現在動物個體的毛發中存在較高的線粒體DNA異質性,不同毛發之間（同一范圍內皮膚和不同部位的皮膚上的毛發）以及同一毛發的不同部位都存在較高的線粒體DNA異質性；而在其他組織內包括血液、口腔脫落的上皮細胞中則發現線粒體DNA的異質性的水平較低。瓶頸效應在毛發發育過程中、毛發的干細胞的角質化、毛發濾泡的克隆都需要大量的能量,血液以及脫落的上皮細胞則屬于多細胞起源,正是這兩方面的差異導致這些組織內線粒體DNA異質性存在顯著差異的原因。另一名研究者還發現在同一個體的大腦中組織的不同部位存在較高水平的線粒體DNA異質性,并且這種異質性呈現不同規律的變化。

4 進一步研究展望

線粒體DNA的異質性,在法醫中的個體識別以及親子鑒定等方面存在不確定性,因此在相應的案件中進行相應的評價。在對樣本做出準確可靠的判斷,首先要對群體中線粒體異質性分別情況進行了解,弄清楚各種線粒體異質性出現的概率和其異質性的位置,這就要求法醫工作者對群體進行線粒體異質性調查,從而建立相應的線粒體異質性數據庫,為線粒體在法醫鑒定上提供有效保證。

線粒體異質性在很多領域都有著重要的意義,但是就目前研究結果來說,線粒體異質性的產生機制是十分復雜的,具體的機制并沒有明確的學說。線粒體異質性發生的分子機理以及造成高變區多態性之間的關聯又是什么,在人群中發生的概率有多大,這些尚需進一步研究。

［1］楊彩俠，文端成，張可瑩等.哺乳動物核移植中線粒體命運.生物化學與生物物理進展，2003，30（4）：514-517.

［2］劉建忠，熊遠著，蔣思文等.轉基因動物研究新進展.生物技術通報，2000，4：10-14.

［3］趙興波，儲明星，李寧等.綿羊線粒體DNA的父系遺傳.中國科學（c輯），2000，30（6）：642-646.

Q-1

A

1674-2060（2016）03-0327-01

馮欽，男，重慶潼南人，碩士研究生，研究方向：遺傳分子生物學。