線粒體DNA

人染色體

第二十五章

線粒體DNA（mtDNA）長(zhǎng)0.016,568Mb（16.568bp），為一雙鏈環(huán)狀分子，僅編碼13個(gè)蛋白質(zhì)基因，無(wú)內(nèi)含子，基因數(shù)/染色體全長(zhǎng)=784.6，與核內(nèi)線性DNA的大小、基因密度有天壤之別！它還編碼22種tRNA和2種rRNA（信息參考：Ensembl GRCh37，release 109 - Feb 2023 ? EMBL-EBI）。

最特別的是線粒體DNA不遵循孟德?tīng)栠z傳規(guī)律，而遵循母系遺傳，即只有母親能將其卵細(xì)胞質(zhì)中線粒體DNA傳遞給第二代：她的兒、女；第二代只有女兒能將其線粒體DNA再傳遞給第三代：外孫和外孫女。而父親的核DNA通常位于父親精子的頭部，一般精子只有頭部進(jìn)入卵細(xì)胞參入受精，而精子的線粒體（相對(duì)較少，只有幾十到幾百個(gè)）往往留在精子的頸、尾部的細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，所以不遺傳給下一代，但是也有例外，已發(fā)現(xiàn)極少數(shù)父親的線粒體DNA遺傳的報(bào)道。

個(gè)體的一個(gè)細(xì)胞內(nèi)有數(shù)百個(gè)線粒體，一個(gè)線粒體含2-10個(gè)線粒體DNA分子，所以每個(gè)細(xì)胞可以含有數(shù)千線粒體DNA分子，這些線粒體DNA可以是不一樣的（異質(zhì)性）。不像核DNA，線粒體DNA沒(méi)有DNA損傷修復(fù)系統(tǒng)，因而線粒體DNA突變的概率比核內(nèi)DNA高10-20倍。一個(gè)個(gè)體，細(xì)胞內(nèi)突變的線粒體DNA多達(dá)一個(gè)數(shù)值（閾值），超過(guò)這個(gè)值就可出現(xiàn)臨床癥狀。不同線粒體病的閾值不同。

卵母細(xì)胞比其它體細(xì)胞含更多的線粒體DNA分子（10萬(wàn)個(gè)），經(jīng)過(guò)2次減數(shù)分裂會(huì)丟失絕大部分線粒體DNA分子（僅余2-200個(gè)），卵細(xì)胞質(zhì)中的這百余個(gè)線粒體DNA分子在受精卵中通過(guò)有絲分裂增殖，隨機(jī)分配到子細(xì)胞，子細(xì)胞中線粒體DNA分子又可恢復(fù)到成千上萬(wàn)。若卵母細(xì)胞含有突變的線粒體DNA，通過(guò)受精卵將其傳遞給下一代子女，而她的下一代子女的含有突變的線粒體DNA達(dá)閾值，就可能出現(xiàn)臨床效應(yīng)。

線粒體DNA不像細(xì)胞核DNA那樣會(huì)發(fā)生重組現(xiàn)象，如果每代都生女兒的話，線粒體DNA就能做到代代相傳，通過(guò)比較現(xiàn)代人與古人的線粒體DNA，就可以溯源尋找到人們的根源和祖先。而男性的Y染色體即便是每代生兒子，Y染色體與X染色體可以發(fā)生重組，還常常發(fā)生突變，所以靠Y染色體溯源尋蹤，會(huì)出現(xiàn)偏差，且最遠(yuǎn)只能追尋到7.9萬(wàn)年，但通過(guò)女性的線粒體DNA，20萬(wàn)年前的女性血親都可以追尋到！

2000年，日本的千葉縣考古發(fā)現(xiàn)了24具3500年前的人骨，為了宣傳這一重大的考古發(fā)現(xiàn)，日本當(dāng)局特意請(qǐng)了節(jié)目組并隨機(jī)請(qǐng)了幾位藝人來(lái)做基因比對(duì)。令人意外驚奇的是，天海祐希，這位藝人的線粒體DNA分子，與挖出來(lái)的24具人骨其中的一位女性人骨的線粒體DNA分子是一模一樣的。日本女星，天海祐希，于是通過(guò)線粒體DNA溯源，找到了一位與自己萬(wàn)年前同宗族的、目前在青藏高原牧羊的“姐妹”，兩人的線粒體DNA萬(wàn)年前由同一個(gè)母親傳遞。今天看上去，兩人的容貌還有些相似之處！

線粒體是細(xì)胞的能量代謝中心，所以線粒體DNA分子突變導(dǎo)致的線粒體疾病往往涉及能量需求旺盛的肌肉、中樞神經(jīng)組織。

首例母系遺傳性疾病是1988年報(bào)道的Leber遺傳性視神經(jīng)病變（LHON），該病以1871年首次報(bào)道其臨床癥狀的德國(guó)眼科醫(yī)生Theodore Leberde 名字命名。該病臨床表現(xiàn)為視神經(jīng)退行性變，男性患者多于女性患者。目前已發(fā)現(xiàn)300多種線粒體DNA突變的疾病，因線粒體基本是由母親傳遞，所以若母親線粒體DNA有缺陷，可將父、母的精、卵核DNA移植到除去核的正常女性的成熟卵子中，即三親嬰兒（見(jiàn)圖25-1）。

完