根据今天发表在《科学》杂志上的一项研究，线粒体是产生我们能量的“电池”。它以人类以前看不见的微妙方式与细胞核相互作用。

这项由剑桥大学科学家领导的研究表明，在为最近批准的线粒体捐赠疗法选择潜在捐赠者时，将线粒体DNA与核DNA进行匹配可能很重要，以防止以后生活中潜在的健康问题。

几乎所有构成人类基因组(身体的“蓝图”)的DNA都包含在我们的细胞核中。这就是所谓的“核DNA”。在其他功能中，核DNA编码的特征使我们成为在我们体内完成大部分工作的个体和蛋白质。

我们的细胞还含有线粒体，通常被称为“电池”，为我们的细胞提供能量。这些线粒体中的每一个都由少量的“线粒体DNA”编码。线粒体DNA只占整个人类基因组的0.1%，而且是完全由母亲传给孩子的。

迄今为止，科学家们一直认为线粒体很容易互换，只能为我们的身体提供动力，因此个体线粒体可以被供体替换，而不会产生任何后果。然而，在第一项使用英国10万基因组计划及其国家卫生研究所(NIHR)资助的试点项目数据的主要人群研究中，研究人员比较了数千人的线粒体和核DNA，发现线粒体可以微调到细胞核。

研究人员研究了1500多对母子，发现这些对中不到一半(45%)有影响至少1%线粒体DNA的突变。线粒体DNA某些部分的突变更有可能被传播，例如所谓的D- loop区域的突变，该区域控制线粒体DNA如何复制自身。相反，线粒体DNA其他部分的突变更有可能被抑制，例如线粒体如何产生自己蛋白质的代码。

“儿童只从母亲那里遗传他们的DNA，我们想看看它如何解释线粒体疾病的起源，”第一作者、医学研究委员会(MRC)线粒体生物系和该大学临床神经科学系的魏伟博士说。剑桥。“我们发现，当线粒体DNA被传递下来时，会发生某种选择，允许一些突变被传递，而其他突变被阻止。”

研究小组发现，以前在世界各地观察到的基因变异比全新的基因变异更有可能被传播。这意味着当线粒体DNA从母亲传递给孩子时，存在一种过滤线粒体DNA的机制，这影响了在群体中建立特定变体的可能性。

DNA可以为我们的祖先提供线索——例如，个体DNA中的遗传变异模式在欧洲血统的人中可能比在亚洲血统的人中更常见。对大多数人来说，我们的细胞核和线粒体DNA的遗传变异来自世界的同一个地方。但英国样本中约40人中，线粒体DNA和核DNA没有匹配的祖先。比如核DNA可能是欧洲人，而线粒体DNA是亚洲人。这是因为在母系血统的某一点上，有一位来自不同种族背景的母亲。

“由于线粒体DNA的突变率远高于细胞核DNA，所以线粒体基因组突变很常见。我们想研究决定这些突变命运的自然选择力，”血液学系的欧内斯特特罗博士说。MRC生物统计部门也是这项研究的资深作者之一。

“我们的统计分析表明，在线粒体和核血统不同的人群中，最近的线粒体突变更有可能发生在具有相同核血统的群体中，而不是相同的线粒体血统。”

至关重要的是，这些结果表明，我们线粒体DNA的变化是由我们的核DNA决定的。

“这一发现告诉我们，我们细胞中的线粒体和细胞核之间存在微妙的关系，我们刚刚开始理解它，”剑桥大学临床神经科学系主任、惠康信托基金会总裁帕特里克钦纳里教授说。研究员。“这对我们来说意味着，交换线粒体可能不是更换设备中的电池那么简单。”

这些证据反映了之前在果蝇和小鼠中的研究，其中线粒体和核DNA的错配影响了生物体的生存时间，并导致了晚年生活中的心血管和代谢并发症(可能包括心脏病和2型人类疾病)如糖尿病。

这项研究的结果可能会对线粒体捐赠疗法(也称为线粒体替代疗法)产生影响，Chinnery教授表示，他之前在纽卡斯尔大学的团队中开创了这一疗法。这项技术现在已经被批准在英国使用，以防止潜在的破坏性线粒体疾病的母婴传播。它包括用捐赠者的卵子替换母亲的核DNA，同时保留捐赠者的线粒体。

Chinnery教授说，“线粒体替代疗法是一种重要的新疗法，它可以使母亲保护自己的孩子免受可怕的线粒体疾病，这些疾病是由线粒体DNA的严重突变引起的。”

“我们的工作表明，我们需要仔细研究这种新的治疗方法，以确保它不会导致意想不到的健康问题。这可能意味着医生需要匹配线粒体供体的核基因组和线粒体基因组，类似于器官移植。”

该团队目前正在研究那些线粒体DNA与其核DNA不匹配的人，以了解这种不匹配是否会增加他们在以后的生活中受健康问题影响的可能性。

这项研究是第一项大型人群研究，是作为10万基因组项目的一部分收集的，该项目通过NHS收集患者的遗传数据，旨在改变人们的护理方式，并为医学研究提供重要的新资源。本研究的实验数据通过了NIHR。

剑桥生物医学研究中心收集。

“100,00基因组项目在重大发现中的参与证明了大规模，精心收集的数据集与全基因组序列的重要性，这些数据集提供了新的生物学见解并为重大医疗保健转型铺平了道路，”Mark Caulfield教授说道。英国基因组学的执行官和伦敦玛丽女王大学威廉哈维研究所的联合主任。