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線蟲研究助解生命能量之源奧秘

2016/7/29 — 13:48

圖為秀麗隱桿線蟲。 (Zeynep F. Altun / Wikipedia)

圖為秀麗隱桿線蟲。 (Zeynep F. Altun / Wikipedia)

直徑一般只有 0.5-10 微米的線粒體是人體細胞能量之源。細小的線粒體會時刻將平日攝取的食物氧化並轉化為能量,釋出的能量會用於維持身體的肌肉運動、器官運作等功能。簡單而言,就是支持著身體機能的「發電廠」。

不過,線粒體基因卻和其他細胞有點不同,它的基因基本上只會源自母親,父親的基因從受精卵上完全消失,不會遺傳到下一代。一般人會以為,這是因為精子線粒體會與卵子分離所至,但其實精子線粒體亦會繼續依附在卵子上。科學家就未明暸為甚麼父親的線粒體基因無法由此傳到下一代。

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粒線體夏娃 (Mitocondrial Eve)

粒線體和人體其他細胞有所不同,反而和細菌較相似。粒線體需靠不斷自我複製繁殖,基因改變相對少。科學家可由此追蹤粒線體演化源頭,並發現現存所有人類的線粒體都是源自 100,000-200,000 年前居於非洲大陸的人類母系粒線體,生物學家 Allan Wilson 稱之為「粒線體夏娃」。

粒線體夏娃並非史上「第一位人類女性」,而只是反映只有她的粒線體可以遺傳至現代。而夏娃的發現也令生物學家得知,只有母系粒線體會遺傳到下一代。

香港中文大學生命科學教授姜秉昊就聯同美國生物學家,由一條「蟲」上找出線索,有望解開這個謎題。結果已在上周五刊於《科學》期刊

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這一條「蟲」就是身長僅一毫米,在溫帶泥土中生活的秀麗隱桿線蟲 (Caenorhabditis elegans)。科學界早已採用秀麗隱桿線蟲作不同的細胞研究,亦得知線蟲的卵子細胞會吞噬和分解精子的線粒體。姜秉昊教授與美國生物學家就以高解像度的電子顯微鏡觀察線蟲授精過程。他們發然在卵子細胞吞噬精子的線粒體前,精子線粒體原來早已衰退——這過程稱為「自噬系統」。令精子線粒體「自殺」的元凶是一種名為 CPS-6 的蛋白。精子線粒體與卵子接觸的一刻,存於精子粒線體內部的 CPS-6 蛋白就立即「切斷」基因分子,並將其分解。

最有趣的是,如果精子線粒體不自行分解,或者整個程序稍有延誤,線粒體就可能會破壞胚胎,令生存機會減低——研究人員相信這可能與線粒體和細胞核基因組的細胞信息傳遞功能出錯所致,但影響胚胎的實際原因仍尚待了解;他們亦指線粒體的自毀機制也可能確保線粒體平日的正常運作。

雖然研究未完全解答到為何父系線粒體會在繁殖時消失,但姜秉昊教授就在中文大學訪問中表示,研究將可幫助了解父系線粒體清除機制,以及了解細胞自噬系統,並用於研究帕金遜症、腦退化症、部份心臟疾病及失明等疾病的治療方法。

報告:

Zhou, Q.H., Li, H.M., Li, H.Z., Nakagawa, A., Lin, J.L.J., Lee, E.S... & Xue, D. (2016). Mitochondrial endonuclease G mediates breakdown of paternal mitochondria upon fertilization. Science, 353, 6297. DOI: 10.1126/science.aaf4777

原文:

中文大學,中大教授揭示線粒體DNA只遺傳自母親之謎 成果登《科學》期刊,七月二十六日

文/eh

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