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线粒体混合机制对小鼠精子产生至关重要

线粒体通常被认为是细胞的强大力量,只是较大生物的一部分,但它们在细胞结构中是独特的,因为它们具有不同于母细胞的DNA。就像其母细胞一样,线粒体也需要质量控制机制来维持其DNA并保持其正常功能。

一种这样的机制是线粒体融合。尽管在教科书中线粒体通常被描述为静态且呈豆形,但实际上更具动态性。它们在整个单元中移动,彼此融合并分裂。在此过程中,不同线粒体的内含物(包括其DNA)将混合在一起,这一过程对其产生细胞能量的能力至关重要。

2003年,加州理工学院的生物学教授David Chan证明线粒体融合对于生命至关重要。Chan和他的同事对小鼠进行了基因改造,以防止线粒体融合,并发现其胚胎在发育过程中死亡。然而,线粒体融合在发育过程中所起的确切作用仍不清楚。

在一项新研究中,研究人员在实验室的陈阳的发展过程中调查了线粒体融合的作用,生殖 细胞是产生精子的细胞-The。他们通过仅在雄性生殖系干细胞中阻断线粒体融合,同时在身体的所有其他细胞类型中保留线粒体融合来做到这一点。

突变小鼠不能产生精子,因此不育。为了理解原因,研究人员仔细检查了种系干细胞向精子细胞的进程,以准确了解发生问题的地方。他们发现问题是在减数分裂过程中发生的,减数分裂是一种细胞分裂,这种分裂产生的细胞含有正常染色体的一半(例如,在人类中,减数分裂产生的每个“女儿”细胞均含有23条染色体,而不是正常的46条染色体) )。这些细胞然后变成精子或卵,然后在有性生殖过程中与对方融合时获得完整的染色体。

生物学研究生和该研究的主要作者格里高·瓦鲁赞扬(Grigor Varuzhanyan)解释说,种系细胞直到减数分裂才表现正常,然后被“卡住”,无法继续进行下去。减数分裂的重要功能是交换母本和父本DNA,以促进后代的遗传多样性。他说:“在减数分裂过程中,细胞需要大量能量来洗刷爸爸妈妈的DNA。突变的线粒体没有融合就无法混合它们的内含物,结果其产生能量的机制受到了损害,”他说。

当研究人员检查年纪较大的小鼠时,他们发现生殖细胞的消耗更为严重,但令人惊讶的是,生殖系干细胞的自我更新活性实际上有所提高。因此,研究人员得出结论,尽管线粒体融合是生殖细胞发育所必需的,但对于维持种系干细胞却不是必需的。Chan和他的同事认为这是因为干细胞比分化细胞对线粒体能量的依赖少,因此受线粒体融合损失的影响较小。

线粒体异常引起许多疾病,影响心脏,肌肉和神经等组织以及视力和生育能力。Varuzhanyan说,诸如此类的研究可能有助于增进对这些疾病起作用机制的理解。

描述该研究的论文标题为“线粒体融合是精原细胞分化和减数分裂所必需的”,已发表在eLife杂志上。

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