线粒体的细胞动力植物的发育

地球上的所有多细胞生命 - 包括肉眼可见的任何大细胞 - 都是生活在150到25亿年前的单个细菌细胞的后代。那个细胞吞噬了另一种细菌，但摄取的细菌不是用作食物，而是与我们远古的祖先建立了共生关系。它生活在较大的细胞内，从其细胞质中摄取过量的营养物质，并以三磷酸腺苷(ATP)的形式为宿主提供能量。

这种关系的演变，以及随后被称为线粒体的细胞动力植物的发育，产生了真核生物，这是一组生物体，其细胞含有封闭在膜中的复杂结构。因此，所有真核细胞都具有核基因组 - 在人类的情况下，我们称为人类基因组的30亿个碱基对 - 和线粒体基因组，一个更简单的环状基因组，大约16,000个碱基对。

本月的基因组研究进展侧重于使用DNA测序来诊断严重和混杂的线粒体疾病。每年有多达4,000名儿童在美国出生，患有线粒体功能障碍。研究人员已经确定了已知导致线粒体疾病的77种基因，但罪魁祸首基因在所有病例的一半中仍然难以捉摸。甚至Leigh's病是影响认知发展的最常见线粒体疾病之一，也可能由超过25种不同基因的突变引起。

由于许多因素，诊断线粒体功能障碍是困难的。心脏，肺，脑和肌肉往往受影响最严重，涉及许多不同的细胞类型或器官。因此，患者的症状差别很大，包括不起作用的肌纤维(肌病，肌肉疾病)，乳酸性酸中毒(当血液中的乳酸增加比可以去除的更快时)，癫痫发作，共济失调(缺乏在进行自愿运动时进行协调)，周围神经病变(从大脑和脊髓到身体其他部位的神经功能障碍)，失明，耳聋，胃肠道问题，肝功能衰竭和骨髓功能障碍。症状可能出现在子宫内(通常导致流产或死产)，在婴儿期或成年期。该病症可以遗传自亲本中的一个或两个，或者是线粒体或核基因组中的自发突变的结果。

现在，美国和澳大利亚的一个科学家团队已经使用高通量DNA测序来确定这种方法是否适合用于诊断线粒体疾病。该研究由麻省理工学院/哈佛大学Broad研究所的计算生物学家Sarah Calvo博士，Alison Compton博士，澳大利亚墨尔本默多克儿童研究所的分子遗传学家及其同事，于1月在“ 科学转化医学”上发表。

使用从42名不相关的婴儿收集的样本，其中有线粒体疾病的临床证据，但没有明确的分子诊断(即确定致病基因)，他们对线粒体基因组和已知编码线粒体蛋白的大约1,000个核基因的深度覆盖进行了测序。

研究人员筛选了这些数据，寻找可能负责的基因变异。由于线粒体疾病往往既罕见又具有破坏性，他们假设引起疾病的变异在一般人群中很少见。他们还推测变异体会改变它们编码的蛋白质，并且可能是新的显性突变或从父母隐性遗传。

将样本基因与现有数据库中健康个体的相同基因数据进行比较，研究人员发现受影响的个体基因增加了5倍，其中两个等位基因(基因的两个或更多版本中的一个)含有已知中断的变异蛋白质功能，优先进行进一步分析的基因，以及已知会导致线粒体疾病的基因。

在所研究的42名婴儿中，超过一半的婴儿在至少一个优先基因中存在突变。

其中：

10名婴儿的核基因突变，此前已知会导致线粒体疾病。

12名婴儿的核基因突变先前与线粒体疾病无关。

一名婴儿的线粒体基因组中有大量缺失。

虽然研究人员发现一半受影响的婴儿只有潜在的因果突变，但他们希望新发现的几种变异体能够导致线粒体疾病。

这些发现挑战了我们对线粒体病症的一些现有认识。先前已被鉴定为引起线粒体疾病的基因变体是高渗透性的，这意味着该基因变体的存在几乎总是与疾病相对应，并且这些变体通常是遗传的。卡尔沃博士认为，许多散发病例，在没有现有家族病史的情况下，可能会被基因组上不止一个位置的基因相互作用所控制，其中许多弱基因变异一致发挥作用。导致疾病。他们还发现，之前被确定为引起线粒体功能障碍的基因变异实际上可能是良性的。他们在样本人群中检测到44种这样的变异，但只有6种解释了患者的症状。