馮欽

（成都市龍泉驛區(qū)衛(wèi)生學(xué)校 四川成都 610100）

簡(jiǎn)析線粒體DNA異質(zhì)性

馮欽

（成都市龍泉驛區(qū)衛(wèi)生學(xué)校 四川成都 610100）

線粒體DNA存在異質(zhì)性，在醫(yī)學(xué)、生物學(xué)等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。本文將著重介紹線粒體在體細(xì)胞突變、父系摻入以及雜交等自然情況下的產(chǎn)生機(jī)制及其遺傳。

線粒體 DNA

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

線粒體DNA異質(zhì)性可以分為長(zhǎng)度異質(zhì)性和位點(diǎn)異質(zhì)性兩種類型,長(zhǎng)度異質(zhì)性主要指的是線粒體D-loop區(qū)產(chǎn)生串聯(lián)重復(fù)導(dǎo)致的,長(zhǎng)度異質(zhì)性被認(rèn)為是中性選擇的結(jié)果。線粒體DNA位點(diǎn)異質(zhì)性指的是一個(gè)或者多個(gè)核苷酸位點(diǎn)的堿基改變,即線粒體DNA上一個(gè)或者多個(gè)堿基的轉(zhuǎn)換、巔換、插入或者缺失等突變所導(dǎo)致的,從而產(chǎn)生線粒體異質(zhì)性。異質(zhì)性點(diǎn)突變與年齡呈正相關(guān)關(guān)系,隨著年齡的增長(zhǎng),點(diǎn)突變的問(wèn)題越嚴(yán)重。線粒體DNA位點(diǎn)異質(zhì)性也被認(rèn)為是中性突變,即極少導(dǎo)致病理。線粒體DNA異質(zhì)性在細(xì)胞連續(xù)分裂過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生遺傳漂變,這將導(dǎo)致細(xì)胞中的突變型mtDNA的比例范圍在0-100%之間。

1 體細(xì)胞突變形成的線粒體異質(zhì)性

個(gè)體在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中,體細(xì)胞中的線粒體DNA會(huì)發(fā)生堿基突變,進(jìn)而引起個(gè)體不同組織或者細(xì)胞中的線粒體出現(xiàn)異質(zhì)性。線粒體DNA沒(méi)有組蛋白的保護(hù),與線粒體內(nèi)膜（氧化磷酸化場(chǎng)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(fā)生氧化損傷,進(jìn)一步導(dǎo)致突變的產(chǎn)生；線粒體DNA復(fù)制較快且不具備校讀功能,缺乏快速有效的DNA損傷修復(fù)功能,表現(xiàn)為較高的復(fù)制錯(cuò)誤率以及較低的修復(fù)能力,因此線粒體DNA的禿驢是核DNA的10-20倍,在進(jìn)化上,線粒體的進(jìn)化速度為核DNA的5-10倍。隨著年齡的增長(zhǎng),同一個(gè)體以及細(xì)胞中發(fā)生線粒體突變的部分不斷復(fù)制,從而細(xì)胞水平上存在異質(zhì)性的細(xì)胞亞群。

2 父本信息滲入產(chǎn)生的線粒體DNA異質(zhì)性

線粒體DNA遺傳是嚴(yán)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(xiàn)象,父本的信息可以滲入到下一代中,這些結(jié)果在鼠、果蠅和人類中均有結(jié)果呈現(xiàn)。隨著研究的不斷深入,大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為線粒體DNA父系遺傳可能存在兩種遺傳機(jī)制。一種是父系線粒體DNA滲入機(jī)制,通過(guò)對(duì)小鼠受精過(guò)程追蹤發(fā)現(xiàn)隨著受精卵的發(fā)育,精子線粒體DNA在受精卵中所占的比例越來(lái)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(guò)程中精子線粒體DNA在受精卵中的存在,同時(shí)在動(dòng)物受精過(guò)程中受精卵中存在某種物質(zhì)限制外源線粒體DNA在受精卵中擴(kuò)散［2］。另一種可能是線粒體DNA重組機(jī)制。

Awadalla等認(rèn)為線粒體DNA之間存在重組現(xiàn)象,通過(guò)對(duì)靈長(zhǎng)類的線粒體DNA連鎖不平衡分析發(fā)現(xiàn),線粒體DNA存在非常廣泛的重組現(xiàn)象,而這種重組現(xiàn)象最大可能是來(lái)自父母雙方的重組［3］。

3 雜交導(dǎo)致的線粒體DNA的異質(zhì)性

近源物種間的雜交導(dǎo)致線粒體DNA異質(zhì)性在雜交個(gè)體之間出現(xiàn)時(shí)非常普遍的現(xiàn)象。線粒體DNA是母系遺傳,即線粒體DNA主要是通過(guò)卵子傳遞,雜交個(gè)體大多數(shù)表現(xiàn)為木系遺傳。嚴(yán)格的母系遺傳有助于根據(jù)線粒體DNA之間的差異追溯其母系起源,同時(shí)也可以預(yù)測(cè)其雜交的方向。隨著研究的不斷深入,雜交個(gè)體后代中也具有極其少量的父系線粒體DNA。Awadalla等人對(duì)小鼠種內(nèi)雜交線粒體追蹤顯示,父本線粒體DNA在胚胎發(fā)育前核后期被降解,牛和恒河猴在受精卵發(fā)育到八細(xì)胞期之前被降解掉。這些研究結(jié)果表明,種間雜交形成的線粒體異質(zhì)性是由于細(xì)胞內(nèi)識(shí)別異源線粒體DNA的特異性降低,導(dǎo)致依賴于泛素識(shí)別異源物質(zhì)的降解功能缺乏或者是泛素功能缺乏,進(jìn)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(xiàn)了線粒體遺傳機(jī)制中的“瓶頸效應(yīng)”［4］。

目前,研究者為了證實(shí)線粒體DNA異質(zhì)性提出的“瓶頸效應(yīng)”,指的是在同一個(gè)體的不同組織間進(jìn)行的線粒體DNA異質(zhì)性分布的檢測(cè)。研究者發(fā)現(xiàn)在動(dòng)物個(gè)體的毛發(fā)中存在較高的線粒體DNA異質(zhì)性,不同毛發(fā)之間（同一范圍內(nèi)皮膚和不同部位的皮膚上的毛發(fā)）以及同一毛發(fā)的不同部位都存在較高的線粒體DNA異質(zhì)性；而在其他組織內(nèi)包括血液、口腔脫落的上皮細(xì)胞中則發(fā)現(xiàn)線粒體DNA的異質(zhì)性的水平較低。瓶頸效應(yīng)在毛發(fā)發(fā)育過(guò)程中、毛發(fā)的干細(xì)胞的角質(zhì)化、毛發(fā)濾泡的克隆都需要大量的能量,血液以及脫落的上皮細(xì)胞則屬于多細(xì)胞起源,正是這兩方面的差異導(dǎo)致這些組織內(nèi)線粒體DNA異質(zhì)性存在顯著差異的原因。另一名研究者還發(fā)現(xiàn)在同一個(gè)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(zhì)性,并且這種異質(zhì)性呈現(xiàn)不同規(guī)律的變化。

4 進(jìn)一步研究展望

線粒體DNA的異質(zhì)性,在法醫(yī)中的個(gè)體識(shí)別以及親子鑒定等方面存在不確定性,因此在相應(yīng)的案件中進(jìn)行相應(yīng)的評(píng)價(jià)。在對(duì)樣本做出準(zhǔn)確可靠的判斷,首先要對(duì)群體中線粒體異質(zhì)性分別情況進(jìn)行了解,弄清楚各種線粒體異質(zhì)性出現(xiàn)的概率和其異質(zhì)性的位置,這就要求法醫(yī)工作者對(duì)群體進(jìn)行線粒體異質(zhì)性調(diào)查,從而建立相應(yīng)的線粒體異質(zhì)性數(shù)據(jù)庫(kù),為線粒體在法醫(yī)鑒定上提供有效保證。

線粒體異質(zhì)性在很多領(lǐng)域都有著重要的意義,但是就目前研究結(jié)果來(lái)說(shuō),線粒體異質(zhì)性的產(chǎn)生機(jī)制是十分復(fù)雜的,具體的機(jī)制并沒(méi)有明確的學(xué)說(shuō)。線粒體異質(zhì)性發(fā)生的分子機(jī)理以及造成高變區(qū)多態(tài)性之間的關(guān)聯(lián)又是什么,在人群中發(fā)生的概率有多大,這些尚需進(jìn)一步研究。

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

［2］劉建忠，熊遠(yuǎn)著，蔣思文等.轉(zhuǎn)基因動(dòng)物研究新進(jìn)展.生物技術(shù)通報(bào)，2000，4：10-14.

［3］趙興波，儲(chǔ)明星，李寧等.綿羊線粒體DNA的父系遺傳.中國(guó)科學(xué)（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(xué)。