这种DNA消失，精子才会有更好的活性

2024-01-16 14:01

图片来源：Pixabay

撰文 | 斯内哈·赫德卡（Sneha Khedkar）

翻译 | 巢栩嘉

线粒体是一种利用氧气制造能量的“豆形”细胞器，几乎所有的人类细胞都是由它供能。这种细胞结构是在数十亿年前由自由游动的细菌演化而来，然后被人类最早的祖先吞入体内的。由于这段演化历史，线粒体至今仍然拥有自己的环形DNA——它完全独立于人类基因组中位于细胞核内的23对染色体。这23对染色体来自父母双方，但是几乎所有人类的线粒体DNA（mtDNA）都遗传自母亲的卵细胞。

那么，精子中的线粒体DNA究竟发生了什么？了解这一过程对于研究线粒体疾病非常重要——这是一类因这些被称为“能量工厂”的线粒体不能正常工作而造成的遗传疾病。科学家已经知道，其他动物在受精后不久，精子的线粒体DNA就会发生分解，但还没有人能够确定这在人体内是何时发生的。

最近，在一项发表于《自然·遗传学》（Nature Genetics）的研究中，生物学家发现，这一消除过程在早期就发生了——事实上，人类精子携带的少量线粒体内几乎不含有任何DNA。美国托马斯杰斐逊大学（Thomas Jefferson University）的分子生物学家德米特里·捷米亚科夫（Dmitry Temiakov，这项研究的通讯作者）表示：“我们对成熟的人类精子中不含有线粒体DNA这件事感到非常惊讶。”

因为这与以前的研究结果相矛盾。捷米亚科夫还说，父亲精子线粒体DNA的分解过程很有可能与人类不育症有关，并且有助于学界了解线粒体疾病。

利用分子生物学和显微镜技术，研究人员分析了人类精子的各个发育阶段。他们发现，精子前体细胞中的线粒体确实含有DNA，以及一种可维持和保护DNA的重要蛋白质——线粒体转录因子A（TFAM）。但随着精子发育成熟，一种细微的化学变化阻止了TFAM进入线粒体。结果，TFAM进入到细胞核内了，于是再也无法阻止线粒体DNA分解。

但是如果精子线粒体DNA留在精子线粒体内，它就可能成为不育的根源。以往研究表明，对于精子数量减少且精子活力降低的人，他们精子线粒体内往往含有较高含量的线粒体DNA。

美国斯坦福大学医学院的线粒体细胞生物学家王新楠表示，许多小鼠研究表明，精子线粒体内不存在TFAM。另外，此前在其他动物身上做的研究发现，父系线粒体DNA可能是在卵细胞受精后被消除的。而这项新研究发现，人类精子线粒体内就缺少完整的线粒体DNA。这些结果表明，“在不同的生物体中，有多种机制可能会导致线粒体表现为母系遗传。”

捷米亚科夫表示，可能还有其他尚未发现的机制可以调控不同细胞中的线粒体DNA，如果这些机制被破坏，也可能会导致线粒体疾病。捷米亚科夫还说：“我们需要揭示这些机制，以便更好地了解线粒体疾病及其治疗方法。”

本文选自《环球科学》杂志2024年1月刊

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