Cell子刊惊人发现：自私的线粒体

  线粒体是细胞内的能源工厂，负责为细胞提供必要能源，使其得以执行日常功能。线粒体功能障碍与多种人类疾病有关，包括自闭症、阿尔茨海默症、精神分裂症、痴呆、帕金森病、癫痫、中风、癌症、慢性疲劳综合征和心血管疾病。
  有很多因素会造成线粒体功能障碍，不过线粒体DNA（mtDNA）突变的作用特别大。Vanderbilt大学的研究人员七月十二日在Cell Metabolism杂志上发表文章指出，突变mtDNA会为了一己私欲做出损害宿主的行为，最终引发线粒体疾病。这项研究揭示了突变mtDNA躲避细胞控制机制的分子途径，有望帮助人们为线粒体疾病开发更有效的疗法。
  线粒体在真核细胞中有着独特的地位，它除了提供能量还参与了一些其他程序，比如细胞周期和细胞生长调控。人们普遍认为线粒体原本是独立的细菌，它们发展出了原核细胞所缺乏的能力，把氧当作自己的能量源泉。后来，一些原核生物想办法将线粒体变成了自己的内共生体。这种共生非常成功，线粒体提供的额外能量帮助真核生物发展成了多细胞生物。
  线粒体保留着自己的DNA，这一点非常独特。相比于庞大的人类基因组，仅含37个基因的线粒体基因组显得非常小。mtDNA拷贝数在不同类型的人类细胞中差异很大。举例来说，人类红细胞完全没有mtDNA，但人类肝细胞拥有数千拷贝的mtDNA。
  正常细胞的mtDNA拷贝都是一模一样的。不过细胞能够根据自己的需要分解或生产细胞器，比如快速摧毁和复制线粒体。mtDNA会在这一过程中发生突变，而高水平的突变mtDNA可能引发疾病。
  线粒体疾病有一些与众不同的特性。“线粒体疾病表现为多种症状，存在很大的个体差异。突变载量为50%的人可能没有什么表现，而突变载量为80%的人可能发展出严重症状，” Vanderbilt大学的助理教授Maulik Patel介绍说。他和同事用透明的线虫（C. elegans）对线粒体疾病进行了研究，线虫是研究发育机制和多细胞生物的常用动物模型。
  研究显示，细胞能启动特异性反应来处理突变mtDNA导致的线粒体功能障碍，但这种应答会让突变mtDNA进一步传播和扩散。“从这个角度来看，突变mtDNA自私地利用细胞调控机制推动自身发展，”Patel解释道。
  细胞一直在监控线粒体的健康状态。当它发现线粒体功能障碍时，会通过线粒体未折叠蛋白反应进行修复。这个程序可以缓解线粒体的功能障碍，还能保护线粒体不被细胞摧毁。研究表明，突变线粒体能够激活未折叠蛋白反应，让细胞容忍自己的存在和mtDNA的增殖。
  细胞会计算线粒体基因组的数量，在需要更多能量的时候生产线粒体基因组。研究人员发现，细胞的计数机制看不到发生突变的线粒体基因组。为了达到最佳能量水平，细胞会生产更多拷贝的突变基因组，结果导致突变拷贝过多。“发生突变的线粒体基因组主要通过这两种途径来满足自己的‘私心’，”Patel指出。（原文：Homeostatic Responses Regulate Selfish Mitochondrial Genome Dynamics in C. elegans）
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