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Science:科罗拉多大学薛定研究组揭示线粒体不传后代

摘要 : 2016年6月23日,国际顶尖学术期刊《Science》杂志上在线发表了美国科罗拉多大学薛定研究员和香港大学Kang Byung-Ho研究员合作的一篇研究论文

 2016年6月23日,国际顶尖学术期刊《Science》杂志上在线发表了美国科罗拉多大学薛定研究员和香港大学Kang Byung-Ho研究员合作的一篇研究论文,研究论文揭示了为什么线粒体只能通过母亲的卵子而非父亲的精子遗传给后代,从而对生物学中的这一长期存在的神秘偏差提供了线索;线粒体是多细胞生物体细胞功能的不可或缺的成分。更重要的是,该研究的实验显示,如果父系线粒体在发育中存在的时间比它们应该有的时间更长,胚胎会有危险。线粒体藏身于近乎所有多细胞动物、植物和真菌细胞内,它是一种在产生细胞生存所需能量中扮演重要角色的细胞器。在受精时精子穿透卵子之后不久,精子的线粒体被降解,而卵子的线粒体则持续存在。为了更多了解这种高度特异性的降解,Qinghua Zhou等人对发育早期阶段的秀丽隐杆线虫(一种线虫)的精子(父系)线粒体进行了研究;研究使用了电子显微镜和断层扫描。有趣的是,研究人员发现,父系线粒体在其被自噬体包围前就部分自毁,自噬体会以细胞中成分为标靶,并促使其降解。这表明,另外一种存在于父系线粒体自身内部的机制启动了降解过程。对胚胎发育早期阶段的父系线粒体进行RNA分析提示,cps-6基因促成了这一过程,该团队通过研究缺乏cps-6 的精子证实了这一点:在没有cps-6时,父系线粒体在发育期的保留时间会显著延长。通过一系列实验的进一步调查提示,cps-6编码的酶首先会分解父系线粒体的内膜,然后它再移至内膜内空间来降解线粒体DNA。当研究人员设计的父系线粒体是在发育后期才降解时,它增加了胚胎无法存活的可能性,表明父系线粒体的传输对进化不利。总的来说,本研究的结果表明,cps-6在启动精子自毁中扮演着关键作用,而这可能对胚胎有利。

原文链接:

Mitochondrial endonuclease G mediates breakdown of paternal mitochondria upon fertilization

原文摘要:

Mitochondria are inherited maternally in most animals, but the mechanisms of selecive paternal mitochondrial elimination (PME) are unknown. While examining fertilization in C. elegans, we observe that paternal mitochondria rapidly lose their inner membrane integrity. CPS-6, a mitochondrial endonuclease G, serves as a paternal mitochondrial factor that is critical for PME. The CPS-6 endonuclease relocates from the intermembrane space of paternal mitochondria to the matrix following fertilization to degrade mitochondrial DNA. It acts with maternal autophagy and proteasome machineries to promote PME. Loss of cps-6 delays breakdown of mitochondrial inner membranes, autophagosome enclosure of paternal mitochondria, and PME. Delayed removal of paternal mitochondria causes increased embryonic lethality, demonstrating that PME is important for normal animal development. Thus, CPS-6 functions as a paternal mitochondrial degradation factor during animal development.

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