《Cell | 人类谱系中线粒体DNA突变的速率和性质》

  • 来源专题:战略生物资源
  • 编译者: 李康音
  • 发布时间:2024-06-15
  • 2024年6月7日,安进(Amgen)旗下公司deCODE Genetics的科学家在国际顶尖学术期刊 Cell 上发表了题为The rate and nature of mitochondrial DNA mutations in human pedigrees 的研究论文。该研究发布了迄今为止规模最大的有关人类种系线粒体DNA(mtDNA)突变情况及其在116663对母子中如何传递的研究,揭示了mtDNA突变的突变率、性质及母系遗传的特殊动态。

    该研究记录了mtDNA中的某些位置具有惊人的超突变性,包括众所周知会导致MELAS综合征的3243位有害A>G突变。该突变在2548个母系系谱中发生了15次,但由于其会对携带者的健康产生严重影响,因此该突变通常会在几代后消失。

    针对系谱中诸多此类短期有害线粒体DNA突变的选择,该研究发现了强有力的综合证据。deCODE团队还报告了影响线粒体的广泛早期负选择的证据,这称为种系选择,即在卵母细胞发育过程中抛弃功能不良的线粒体DNA分子。最后,他们通过大量的系谱mtDNA突变传递得出了可靠的评估结果——个体平均仅从母亲身上遗传大约3个单位的mtDNA,这个数字小于先前研究得出的数字。

    论文共同通讯作者 Agnar Helgason 表示,值得注意的是,卵母细胞携带的数十万个mtDNA仅来自母亲最初携带的大约3种mtDNA分子。这种极端瓶颈决定了mtDNA种系中的新突变会在短短几代内快速消失或固定。这在一定程度上是因为在卵母细胞发育的选择过程中,具有有害突变的mtDNA分子从种系中被去除导致的。

    deCODE首席执行官、论文共同通讯作者 Kári Stefánsson 表示,这项研究让我们进一步了解了mtDNA基因组中核苷酸突变率异常变异的基础,甚至是同一位置不同等位基因之间的变异。不幸的是,正是一些致病突变的高度突变性使其如此普遍,因此它们也更容易被发现。不过,这些研究结果表明,许多导致人类疾病的罕见致病性线粒体DNA突变仍有待发现。

  • 原文来源:https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(24)00531-2
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    • 编译者:李康音
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    • 2024年1月22日,麻省理工学院Jonathan Weissman团队和哈佛大学医学院Vijay Sankaran团队在Nature上发表了题为Deciphering cell states and genealogies of human hematopoiesis的文章。 造血干细胞作为血液和免疫细胞的持续生产源,其克隆行为和子克隆多样性与血液疾病、癌症治疗以及衰老过程有密切联系,对于推动再生医学和精准治疗具有重大意义。然而,当前技术在追踪和解析个体HSC克隆及其后代的能力上仍然相当局限。为了深入揭示这些干细胞如何在健康和疾病状态下贡献于造血过程,我们迫切需要一种能够直接对人体体内过程进行详细的谱系追踪并在单细胞水平上同时提供丰富的细胞状态信息的综合技术。这样的技术不仅能增强我们对人类干细胞在人体内的功能及行为的理解,并且对任何体细胞演化过程,如癌症发生及转移有重要意义。 作者开发了ReDeeM技术,深度捕捉单细胞自然条形码,实现了高精度谱系追踪与多组学分析的有效结合。该技术基于10X Genomics平台的单细胞多组学技术,最大化线粒体DNA(mtDNA)覆盖率,并利用独特分子标识符(Unique Molecular Identifier,UMI)显著提高了自然条形码检测的灵敏度和准确性,从而能够检测到低异质性的罕见mtDNA突变,最终实现单细胞水平重构谱系树,并在谱系树中整合转录组和表观遗传组信息以展示了它们的功能状态和表观遗传调控模式。 ReDeeM技术实现了在人体体内高精度谱系追踪与多组学的整合分析,揭示了在年轻与衰老过程中人类HSC克隆及亚克隆结构多样性以及行为偏好性。该技术有望普遍应用于其他生物系统,能够深入研究体细胞在不同生物学背景下的演化过程。
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    • 编译者:李康音
    • 发布时间:2024-06-15
    • 2024年6月7日,剑桥大学的研究人员在国际顶尖学术期刊 Cell 上发表了题为MTFP1 controls mitochondrial fusion to regulate inner membrane quality control and maintain mtDNA levels 的研究论文。 线粒体形成一个动态且相互连接的网络,会发生分裂(fission)和融合(fusion)事件。这种平衡的形态转换,从分裂的线粒体到相互连接的线粒体,不仅有助于确保线粒体功能,还可以通过适应细胞代谢状态来响应细胞需求,调整网络。精细调控线粒体动态对于维持线粒体DNA(mtDNA)水平和进行线粒体质量控制都是必需的。线粒体分裂将受损的线粒体区域分割成小线粒体(small mitochondria),以便通过细胞自噬进行降解。根据损伤的来源和严重程度,分裂的线粒体还可能与健康的线粒体重新融合,以减轻功能障碍。然而,如果损伤已不可逆转,那些小线粒体就需要被排除出网络以进行降解。 之前有研究显示,这些有缺陷的线粒体区域的分裂发生在线粒体的外周,但目前尚不清楚是否存在专门的线粒体内膜(IMM)质量控制机制,此外,在通过外周分裂分离前后,改变的IMM亚结构域是如何从健康的和融合的网络中分离和排除的,也仍不清楚。线粒体分裂蛋白1(MTFP1)是一种线粒体内膜(IMM)膜蛋白,此前被认为是作用于1DRP1上游的促分裂因子,将分裂过程与驱动细胞命运决定的多种关键同路耦合在一起,例如mTORC1激活、细胞死亡、癌症进展和线粒体生物能。然而,MTFP1如何调控线粒体形态的机制尚不明确。 在这项最新研究中,研究团队证明了MTFP1负调控线粒体内膜(IMM)融合,此外,通过调控MTFP1水平来操纵线粒体融合从而调控mtDNA拷贝数。在机制上,MTFP1抑制线粒体融合,以分离和排除受损的线粒体内膜亚结构域,并将其从网络中排除出去。随后,外周分裂确保将它们分离成小的MTFP1富集的线粒体(small MTFP1-enriched mitochondria,SMEM),这些小线粒体以通过细胞自噬被分解。值得注意的是,MTFP1依赖的线粒体内膜质量控制对于维持基本的类核(nucleoid)循环和维持细胞中线粒体适当的mtDNA水平至关重要。 研究团队表示,接下来的目标是阐明MTFP1介导的线粒体内膜质量控制是否调控某些致病线粒体DNA(mtDNA)突变的排除和降解。