首次报道线粒体一重要遗传变异

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PublishedonlinebeforeprintAugust10,2007
GenomeResearch,DOI:10.1101/gr.6548207
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[Abstract]

　　线粒体是真核细胞的重要细胞器，是动物细胞生成ATP的主要地点。于1850年发现的，1898年命名。线粒体由两层膜包被,外膜平滑，内膜向内折叠形成嵴，两层膜之间有腔，线粒体中央是基质。基质内含有与三羧酸循环所需的全部酶类，内膜上具有呼吸链酶系及ATP酶复合体。

　　这一结构内部基本上是空的，但具有复杂的膜结构。线粒体基质的三羧酸循环酶系通过底物脱氢氧化生成NADH。NADH通过线粒体内膜呼吸链氧化，与此同时合成ATP。合成的ATP进入细胞质后参与细胞的各种需能过程。

　　线粒体在形态，染色反应、化学组成、物理性质、活动状态、遗传体系等方面，都很像细菌，所以人们推测线粒体起源于内共生。按照这种观点，需氧细菌被原始真核细胞吞噬以后，有可能在长期互利共生中演化形成了现在的线粒体。在进化过程中好氧细菌逐步丧失了独立性，并将大量遗传信息转移到了宿主细胞中，形成了线粒体的半自主性。

　　线粒体的遗传基因(DNA)跟人的细胞核的DNA有质的不同，线粒体独立自主地复制繁衍，跟它寄主的细胞的繁衍没有关系。如果线粒体DNA发生突变，则细胞不能产生足够的ATP而导致细胞功能减退甚至坏死，从而使临床上表现为复杂多样的症状。即线粒体病。正是由于线粒体的特殊性及在人体细胞中的重要作用使得它一直是科学家关注的焦点。牛津大学的科学家在《自然》杂志上报告说，他们从两种恐鸟的亚化石骨骼中提取出线粒体进行测序，绘出了线粒体基因组图谱。这对于研究线粒体的起源和功能都是一大贡献。

　　糖尿病是一种由遗传基因决定的全身慢性代谢性疾病。由于体内胰岛素的相对或绝对不足而引起糖、脂肪和蛋白质代谢的紊乱。其主要特
点是高血糖及糖尿。

　　严格地讲糖尿病应该分为四种类型。我们平常比较关注的是第一种和第二种。第一种就是I型糖尿病。I型糖尿病就是胰岛功能完全消失，不打胰岛素就没法生存没法活下去。另外一个很重要的问题就是II型糖尿病。目前增加率特别高主要是II型糖尿病。II型糖尿病不一定是要用胰岛素来治疗的。但并不是不用胰岛素。它不用胰岛素来维持生命，但是很多糖尿病患者如果不用胰岛素治疗，血糖控制不好，就有并发症要出现。那么这种人也需要用胰岛素来治疗。而且任何一个国家，随着它医学的进展，科学的进展，经济实力的逐渐地发展，用胰岛素的II型糖尿病的比例会越来越大。

　　在美国目前患有糖尿病的患者中，90%-95%都是II型糖尿病。II型糖尿病主要与外部因素，比如肥胖和锻炼关系密切，但是也受到几个基因的影响。然而目前大部分已知的糖尿病易感基因都是在细胞核基因组中，最新的这一发现则提出II型糖尿病20%以上的突变是在线粒体基因组中。

　　在这篇文章中，研究人员比较了两个在能量代谢和储存上存在极大差异的小鼠品系，其中一种葡萄糖耐受性受损，肌肉肝糖合成减少，骨骼肌肉ATP水平也降低，细胞色素c氧化酶的活性亦减少了。这些都是糖尿病患者的代谢特征。

　　之后研究人员获得了这两种小鼠品系的DNA序列，并且发现了编码能产生能量的蛋白的基因的DNA突变，从而第一次直接将线粒体基因组与II型糖尿病代谢标记物联系起来。

　　作者TheodoreKurtz表示，“我们的研究强调了常见遗传病中线粒体变异的作用”，“而且这一研究中的动物模型也为在固定了细胞核基因组背景的条件下，检测线粒体基因组突变的作用打开了一扇窗。”