線粒體存在于真核細(xì)胞中，它是細(xì)胞的能量工廠，也是目前人體細(xì)胞中除細(xì)胞核以外***含有自身遺傳物質(zhì)的細(xì)胞器。線粒體DNA（mtDNA）編碼了13個(gè)與氧化磷酸化緊密相關(guān)的多肽，并且參與構(gòu)成呼吸鏈的13種結(jié)構(gòu)蛋白完全由mtDNA編碼。

人的線粒體DNA只來自于母親

與核基因組遵循孟德爾遺傳規(guī)律不同，mtDNA的突變只能由母親遺傳給子代，若父親攜帶突變則不會向后代遺傳，這種規(guī)律被稱為“母系遺傳”，這是由于受精卵中的mtDNA全部來自于母親的卵子，而來自父親的精子mtDNA在受精前/后被清除。

線粒體簡易圖

精子mtDNA的消失之謎

先前的研究認(rèn)為，父系的線粒體DNA從受精卵的細(xì)胞質(zhì)中消除有多種機(jī)制，如特定的核酸酶依賴系統(tǒng)(nuclease-dependentsystems)、泛素-蛋白酶體系統(tǒng)(ubiquitin-proteasome system)和自噬(autophagy)等機(jī)制，可以降解父系mtDNA或父系線粒體本身，以防止父系mtDNA的傳遞。

俄勒岡健康與科學(xué)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)精子細(xì)胞不僅缺乏完整的mtDNA，而且還缺乏維持mtDNA所必需的一種蛋白質(zhì)，即線粒體轉(zhuǎn)錄因子a (TFAM)。TFAM對于mtDNA的維持、復(fù)制和轉(zhuǎn)錄是***必需的，而在精子細(xì)胞發(fā)育過程中，TFAM從精子的線粒體轉(zhuǎn)移到了細(xì)胞核，這與mtDNA的消失相吻合。該成果于近期發(fā)表在《自然遺傳學(xué)》雜志上。

https://www.nature.com/articles/s41588-023-01505-9

精子mtDNA為何在進(jìn)化中被淘汰？

在漫長的生物演化過程中，幾乎所有生物都選擇拋棄父系mtDNA，子代的mtDNA完全來自于母系，這說明某種進(jìn)化壓力的存在，目前，科學(xué)家們還不能確定為什么精子不被允許提供線粒體DNA，但Mitalipov認(rèn)為，這可能與精子在受精過程中使用大量線粒體能量有關(guān)，在這個(gè)過程中，mtDNA中積累了過多基因突變，這對后代無疑是一種威脅。

相比之下，發(fā)育中的卵母細(xì)胞主要從周圍細(xì)胞獲取能量，而不是從自身的線粒體中獲取能量，因此保持相對原始的mtDNA。

線粒體遺傳病的母系遺傳

廣義的線粒體遺傳病是指由線粒體DNA（mtDNA）、核DNA(nDNA)突變等遺傳缺陷導(dǎo)致細(xì)胞線粒體內(nèi)的生物酶或者蛋白質(zhì)缺陷，導(dǎo)致細(xì)胞功能損傷和臨床癥狀甚至綜合征；狹義的線粒體遺傳病是指mtDNA突變導(dǎo)致的母源性遺傳病，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)100多種與mtDNA突變有關(guān)的人類線粒體遺傳病。

到目前為止，線粒體遺傳病無法治愈，只能依賴于緩解癥狀以及延緩病情進(jìn)展的輔助治療，因此預(yù)防顯得更為重要。然而由于mtDNA的“閾值效應(yīng)”和“隨機(jī)分離”等特征，即使攜帶低水平突變mtDNA的無癥狀攜帶者仍可能產(chǎn)生具有高突變負(fù)荷的卵子從而使子代患病。

線粒體遺傳病治療：線粒體置換技術(shù)

線粒體置換技術(shù)是將突變攜帶媽媽卵子的細(xì)胞核移植到去核的健康線粒體捐贈者卵胞漿中獲得的重構(gòu)卵母細(xì)胞，與攜帶者丈夫精子進(jìn)行受精，從而獲得重構(gòu)胚胎也就是通常說的“三親胚胎”（含有父母的細(xì)胞核DNA+捐贈的線粒體DNA），可防止突變線粒體DNA向下一代傳遞，也被稱為“***試管嬰兒”。

2015年英國立法批準(zhǔn)線粒體置換技術(shù)臨床用于預(yù)防嚴(yán)重的線粒體遺傳病，目前我國尚未批準(zhǔn)線粒體置換的臨床應(yīng)用，需要更多的研究數(shù)據(jù)證實(shí)其安全性和有效性。該技術(shù)未來有可能成為致病性線粒體DNA突變攜帶女性生育健康孩子的***佳選擇。

DNA提取磁珠可以有效的從標(biāo)本中提取基因組DNA、病毒DNA或游離DNA，采用化學(xué)合成的方法將四氧化三鐵進(jìn)行特殊的處理，使其粒徑達(dá)到均一化分散，再通過特殊的材料進(jìn)行官能基團(tuán)（如硅羥基、羧基）的包覆。包覆官能基團(tuán)后，磁珠具備了核酸吸附能力，配合核酸提取儀，可以自動(dòng)化的提取DNA和RNA。