2016年7月18日/生物谷BIOON/--線粒體是我們細胞內產生化學能量和維持它們自己的DNA的細胞器。衰老、神經退行性疾病和代謝疾病都與線粒體相關聯。
在一項新的研究中，來自美國加州大學戴維斯分校的研究人員證實人細胞如何控制線粒體中的DNA合成，以及如何將這種合成與線粒體分裂偶聯在一起。這是一項具有深遠影響的重大發現。相關研究結果發表在2016年7月15日那期Science期刊上，論文標題為「ER-mitochondria contacts couple mtDNA synthesis with mitochondrial division in human cells」。
論文通信作者、加州大學戴維斯分校分子與細胞生物學系主任Jodi Nunnari教授說，「這對人類疾病產生深刻的影響。」
在很早很早之前，線粒體是一種細菌進入其他的細胞中並且再也沒有離開過而形成的，因而保留自己的DNA。所有真核細胞---植物、動物和真菌---含有線粒體，它允許有氧生物從呼吸中獲得能量。
在人細胞中，線粒體是細長的蛇形管，具有包裝在被稱作類核（nucleoid）的結構中的單條染色體，而且每個細胞中，有數百到數千個線粒體分布著。儘管細胞核中的DNA來自父母雙方，但是你的線粒體DNA僅遺傳自你的母親。
Nunnari說，在細胞分裂時，細胞核DNA的複製和分離受到嚴格控制，然而，線粒體DNA的合成和分裂「要寬鬆很多」。
細胞如何決定所有的線粒體DNA拷貝應該分布在哪裡呢？如果是這樣的話，它們的分裂是如何控制的呢？
接觸點是至關重要的
博士後研究員Samantha Lewis和本科生Lauren Uchiyama利用螢光染料標記線粒體、它們的DNA和內質網，即在整個細胞內擴散的管狀網絡，然後利用顯微鏡進行觀察和分析。
他們發現分裂中的線粒體染色體所在的位置使得內質網與該線粒體的外面接觸。這些接觸點也是線粒體分裂為兩個子線粒體的地方，這一過程有點像一種蛋白套索套在線粒體的周圍，擠壓它，直到它一分為二。
Nunnari說，「內質網與線粒體接觸，而且它們接觸的地方就是這些線粒體分裂的地方。」
Nunnari說，這兩個細胞器之間的接觸允許線粒體DNA複製和分裂。這種DNA分裂緊接著與線粒體本身的分裂和子線粒體DNA在細胞周圍的分布偶聯在一起。
Nunnari說，「在整個細胞中，有上百個這樣的接觸點，從而決定著線粒體DNA分裂發生的地方和線粒體如何在細胞中分裂，但是線粒體DNA分裂偏好地發生在一小部分發生線粒體DNA複製的接觸點。這表明這種分裂具有更高層級的控制，而不是簡單地隨機進行。」
這一發現對理解細胞功能、衰老和一系列疾病產生廣泛影響。Nunnari注意到，它完全源於基礎研究。
她說，「通過研究任何一種特定的疾病，我們不會獲得這一發現，它是基於發現的研究。不過，這會極大地影響人類的健康。」（生物谷 Bioon.com）
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ER-mitochondria contacts couple mtDNA synthesis with mitochondrial division in human cells
Samantha C. Lewis, Lauren F. Uchiyama, Jodi Nunnari
doi:10.1126/science.aaf5549
PMC:
PMID:
Mitochondrial DNA (mtDNA) encodes RNAs and proteins critical for cell function. In human cells, hundreds to thousands of mtDNA copies are replicated asynchronously, packaged into protein-DNA nucleoids, and distributed within a dynamic mitochondrial network. The mechanisms that govern how nucleoids are chosen for replication and distribution are not understood. Mitochondrial distribution depends on division, which occurs at endoplasmic reticulum (ER)–mitochondria contact sites. These sites were spatially linked to a subset of nucleoids selectively marked by mtDNA polymerase and engaged in mtDNA synthesis—events that occurred upstream of mitochondrial constriction and division machine assembly. Our data suggest that ER tubules proximal to nucleoids are necessary but not sufficient for mtDNA synthesis. Thus, ER-mitochondria contacts coordinate licensing of mtDNA synthesis with division to distribute newly replicated nucleoids to daughter mitochondria.
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