首次報道線粒體一重要遺傳變異

來自捷克共和國（Czech Republic）科學院生理學院，日本札晃醫科大學（Sapporo Medical University），美國加州大學舊金山分校，密歇根大學等處的研究人員首次報道了線粒體中的一個與II型糖尿病代謝標記物直接相關的遺傳變異，這一研究強調了常見疾病發病機理中線粒體基因組變異的重要性。這一研究成果公布在《Genome Research》雜志上。

原文檢索：
Published online before print August 10, 2007
Genome Research, DOI: 10.1101/gr.6548207
Direct linkage of mitochondrial genome variation to risk factors for type 2 diabetes in conplastic strains
[Abstract]

線粒體是真核細胞的重要細胞器，是動物細胞生成ATP的主要地點。于1850年發現的，1898年命名。線粒體由兩層膜包被,外膜平滑，內膜向內折疊形成嵴，兩層膜之間有腔，線粒體中央是基質。基質內含 有與三羧酸循環所需的全部酶類，內膜上具有呼吸鏈酶系及ATP酶復合體。

這一結構內部基本上是空的，但具有復雜的膜結構。線粒體基質的三羧酸循環酶系通過底物脫氫氧化生成NADH。NADH通過線粒體內膜呼吸鏈氧化，與此同時合成ATP。合成的ATP進入細胞質后參與細胞的各種需能過程。

線粒體在形態，染色反應、化學組成、物理性質、活動狀態、遺傳體系等方面，都很像細菌，所以人們推測線粒體起源于內共生。按照這種觀點，需氧細菌被原始真核細胞吞噬以后，有可能在長期互利共生中演化形成了現在的線粒體。在進化過程中好氧細菌逐步喪失了獨立性，并將大量遺傳信息轉移到了宿主細胞中，形成了線粒體的半自主性。

線粒體的遺傳基因(DNA)跟人的細胞核的DNA有質的不同，線粒體獨立自主地復制繁衍，跟它寄主的細胞的繁衍沒有關系。如果線粒體DNA發生突變，則細胞不能產生足夠的ATP而導致細胞功能減退甚至壞死，從而使臨床上表現為復雜多樣的癥狀。即線粒體病。正是由于線粒體的特殊性及在人體細胞中的重要作用使得它一直是科學家關注的焦點。牛津大學的科學家在《自然》雜志上報告說，他們從兩種恐鳥的亞化石骨骼中提取出線粒體進行測序，繪出了線粒體基因組圖譜。這對于研究線粒體的起源和功能都是一大貢獻。

糖尿病是一種由遺傳基因決定的全身慢性代謝性疾病。由于體內胰島素的相對或絕對不足而引起糖、脂肪和蛋白質代謝的紊亂。其主要特點是高血糖及糖尿。

嚴格地講糖尿病應該分為四種類型。我們平常比較關注的是第一種和第二種。第一種就是I型糖尿病。I型糖尿病就是胰島功能完全消失，不打胰島素就沒法生存沒法活下去。另外一個很重要的問題就是II型糖尿病。目前增加率特別高主要是II型糖尿病。II型糖尿病不一定是要用胰島素來治療的。但并不是不用胰島素。它不用胰島素來維持生命，但是很多糖尿病患者如果不用胰島素治療，血糖控制不好，就有并發癥要出現。那么這種人也需要用胰島素來治療。而且任何一個國家，隨著它醫學的進展，科學的進展，經濟實力的逐漸地發展，用胰島素的II型糖尿病的比例會越來越大。

在美國目前患有糖尿病的患者中，90%-95%都是II型糖尿病。II型糖尿病主要與外部因素，比如肥胖和鍛煉關系密切，但是也受到幾個基因的影響。然而目前大部分已知的糖尿病易感基因都是在細胞核基因組中，最新的這一發現則提出II型糖尿病20%以上的突變是在線粒體基因組中。

在這篇文章中，研究人員比較了兩個在能量代謝和儲存上存在極大差異的小鼠品系，其中一種葡萄糖耐受性受損，肌肉肝糖合成減少，骨骼肌肉ATP水平也降低，細胞色素c氧化酶的活性亦減少了。這些都是糖尿病患者的代謝特征。

之后研究人員獲得了這兩種小鼠品系的DNA序列，并且發現了編碼能產生能量的蛋白的基因的DNA突變，從而第一次直接將線粒體基因組與II型糖尿病代謝標記物聯系起來。

作者Theodore Kurtz表示，“我們的研究強調了常見遺傳病中線粒體變異的作用”，“而且這一研究中的動物模型也為在固定了細胞核基因組背景的條件下，檢測線粒體基因組突變的作用打開了一扇窗。”