根據(jù)一項(xiàng)新研究，基因地理起源的差異可能會(huì)影響細(xì)胞內(nèi)人體線粒體 - 能量生成細(xì)胞器的功能。線粒體具有自己的基因組，與細(xì)胞核中包含的核基因組分開(kāi)，并且兩個(gè)基因組都包含線粒體能量產(chǎn)生不可或缺的基因。該研究探討了當(dāng)不同地理來(lái)源的基因在基因組內(nèi)匯集在一起??時(shí)，這些“有核 - 核”相互作用是否可以通過(guò)深度進(jìn)化時(shí)間的自然選擇進(jìn)行微調(diào)。這項(xiàng)研究于2019年1月14日在線發(fā)表在“ 自然生態(tài)學(xué)與進(jìn)化 ”雜志上，可能對(duì)公共健康以及取代人體細(xì)胞中線粒體的醫(yī)療程序產(chǎn)生影響。

“在不混合的情況下在不同地理位置進(jìn)化的基因組最終可能會(huì)彼此不同，”賓夕法尼亞州立大學(xué)Pentz生物學(xué)教授，該論文的作者Kateryna Makova說(shuō)。“如今，幾乎每個(gè)人的基因組都有很多混合物由在世界各地不同位置進(jìn)化的DNA片段組成，這可導(dǎo)致基因組內(nèi)的祖先變異。例如，我們中的許多人攜帶尼安德特人DNA與現(xiàn)代人類DNA一起攜帶。這種變化有很多優(yōu)點(diǎn); 例如，免疫基因的增加的變化可以提供增強(qiáng)的疾病保護(hù)。然而，基因組內(nèi)地理起源的變異也可能潛在地導(dǎo)致基因之間的通信問(wèn)題，例如線粒體和核基因之間的共同調(diào)節(jié)線粒體功能。了解這一過(guò)程可能會(huì)對(duì)人類健康產(chǎn)生影響。“

研究人員專注于線粒體使用的基因。為了發(fā)揮它們的功能，線粒體依賴于線粒體自身DNA中編碼的基因和細(xì)胞核內(nèi)編碼的基因。因?yàn)榫€粒體和核DNA以不同方式遺傳 - 核DNA大致平等地傳遞給母親和父親，但線粒體DNA完全是母體 - 與基因相比，核基因組中線粒體相關(guān)基因起源的差異更大。在線粒體DNA本身。

研究人員首先研究了不一致 - 線粒體和核基因組之間的地理起源差異程度 - 是否會(huì)影響一個(gè)特征。他們發(fā)現(xiàn)，不一致的不一致與細(xì)胞中線粒體DNA拷貝數(shù)的減少有關(guān)，這可能意味著線粒體DNA復(fù)制的效率降低。

賓夕法尼亞州立大學(xué)生物學(xué)博士后研究員，第一作者Arslan Zaidi說(shuō)：“我們?cè)诰哂谢旌涎y(tǒng)的六組美國(guó)人中觀察到了這種模式。具體來(lái)源無(wú)關(guān)緊要，核起源與線粒體來(lái)源有多么不同。”論文。“盡管地理起源的這些差異存在于所有人類中，但我們特別關(guān)注具有混合血統(tǒng)的人群，因?yàn)檫@些差異的影響應(yīng)該更容易在這些人群中發(fā)現(xiàn)。”

該研究小組還發(fā)現(xiàn)，隨著時(shí)間的推移，自然選擇可能會(huì)減少線粒體相關(guān)核基因與線粒體基因組之間地理起源的總體差異。他們?cè)诜治龅牧M中的兩組中找到了證據(jù)。波多黎各人擁有較高比例的美洲原住民線粒體DNA，與來(lái)自編碼其他功能的其他核基因組的基因相比，具有更多與美國(guó)原產(chǎn)地相關(guān)的線粒體相關(guān)核基因。同樣，非洲裔美國(guó)人，與非洲基因組的其他部分相比，非洲裔線粒體DNA的比例較高，其非洲來(lái)源的線粒體相關(guān)核基因數(shù)量超過(guò)預(yù)期。

“在這些群體中，我們假設(shè)自然選擇正在指導(dǎo)線粒體相關(guān)核基因的軌跡，有利于在地理起源上與線粒體DNA更相似的基因變異，”Makova說(shuō)。“ 在這些組中，可能存在選擇壓力作用于核基因組的其余部分，但是并沒(méi)有對(duì)所有這些基因中的一種祖先類型進(jìn)行系統(tǒng)的富集。在我們檢查過(guò)的其他三組中，我們沒(méi)有觀察這種趨勢(shì)，在一組中我們實(shí)際上發(fā)現(xiàn)了相反的趨勢(shì)。我們還沒(méi)有一個(gè)很好的解釋，這確實(shí)證明了這些相互作用的復(fù)雜性。“

該研究的結(jié)果強(qiáng)調(diào)了更詳細(xì)地研究線粒體和核DNA之間相互作用的必要性。然而，研究人員警告說(shuō)，他們觀察到的不一致的影響是在來(lái)自人體組織的細(xì)胞系中檢測(cè)到的，因此尚不清楚這些影響在人體組織中可能存在多大程度。在未來(lái)，他們計(jì)劃研究這個(gè)問(wèn)題，并探討不一致對(duì)線粒體功能的其他方面以及其他復(fù)雜特征(如心臟病發(fā)病率)的影響。

“為了清楚起見(jiàn)，我們的研究并未暗示線粒體和核基因的特定組合會(huì)提供優(yōu)勢(shì)或劣勢(shì)，”Makova說(shuō)。“但它確實(shí)告訴我們，我們應(yīng)該繼續(xù)調(diào)查這兩組基因之間在地理起源上的這些差異。這種信息在線粒體替代治療等醫(yī)療程序中特別有用，線粒體受損的患者從供體接受線粒體將線粒體供體的起源與患者相匹配可能會(huì)提高這些程序的有效性，但未來(lái)的工作需要確定。“