研究发现成熟精子缺乏完整的线粒体DNA

新的研究提供了关于线粒体DNA(嵌入细胞器中的独特遗传密码，充当体内每个细胞的动力装置)的基本科学原理的见解，该原理完全由母亲遗传。

这项研究是俄勒冈健康与科学大学和其他机构合作的结果，已发表在《自然遗传学》杂志上。

科学家们早就认识到线粒体DNA(mtDNA)完全来自人类的卵细胞，这意味着只有母亲才提供体内每个细胞产生能量所需的数千个线粒体所携带的遗传密码。

此前，人们认为，在受精过程中，精子与卵母细胞或发育中的卵子融合后，父本线粒体DNA很快就被消除，这可能是通过类似免疫的搜索和破坏反应。

然而，研究发现，虽然成熟的精子确实携带少量线粒体，但它们缺乏完整的线粒体DNA。

“我们发现，每个精子细胞在使卵子受精时，确实会携带100个左右的线粒体作为细胞器，但其中没有线粒体DNA，”合著者、胚胎细胞中心主任ShoukhratMitalipov博士说。OHSU的基因治疗。

研究人员发现，精子细胞不仅缺乏完整的线粒体DNA，而且还缺乏维持线粒体DNA所必需的蛋白质，即线粒体转录因子A(TFAM)。

科学家们不确定为什么不允许精子贡献线粒体DNA，但米塔利波夫推测，这可能与精子在其生物动力中使用大量线粒体能量来使卵子受精有关。因此，它会在线粒体DNA中积累突变。相比之下，正在发育的卵子(称为卵母细胞)主要从周围细胞而不是从它们自己的线粒体获取能量，因此保持相对原始的线粒体DNA。

“卵子传递了非常好的线粒体DNA，至少部分是因为它们不使用线粒体作为能量来源，”米塔利波夫说。

精子中约100个细胞器被嵌入每个卵细胞中的数十万个线粒体所淹没，每个线粒体都携带线粒体DNA中的37个基因。据信，只有母体线粒体DNA的贡献才能通过限制导致后代疾病的线粒体DNA突变积累的风险来赋予进化优势。

线粒体控制着身体每个细胞的呼吸和能量产生，因此线粒体DNA的突变可能会导致一系列潜在致命的疾病，影响需要高能量的器官，例如心脏、肌肉和大脑。

为了帮助母亲防止将已知的mtDNA疾病遗传给孩子，Mitalipov首创了一种称为线粒体替代疗法的方法，通过使用来自捐赠卵子的健康mtDNA进行体外受精来替换突变的mtDNA。

国会阻止美国食品和药物管理局监督在美国使用该程序的临床试验，因此临床试验转而在海外进行，包括在英国预防疾病的临床试验和在希腊治疗不孕不育的临床试验。

研究人员写道，这一新发现对人类生育能力和生殖细胞治疗具有重要意义。

“了解TFAM在精子成熟过程中的作用及其在受精过程中的功能可能是我们治疗某些不孕症并提高辅助生殖技术效率的关键，”分子生物学家、通讯作者德米特里·特米亚科夫(DmitryTemiakov)博士说与费城托马斯·杰斐逊大学合作。

更多信息：“人类线粒体DNA母系遗传的分子基础，《自然遗传学》(2023年)。DOI