Cell子刊:男性不育?从“线粒体”入手有望解决
2017/08/08
不育是一个常见的人类健康问题。在过去的20年里,许多临床研究和动物模型实验表明,线粒体功能紊乱会导致男性不育。近日,德国Max Planck研究所的科学家证实,增加线粒体中的总DNA数量能够修复不育小鼠的睾丸功能和精子质量。


图片来源:网络

男性不育可能是由线粒体DNA突变造成的。8月1日,发表在 Cell Metabolism上题为“Increased Total mtDNA Copy Number Cures Male Infertility Despite Unaltered mtDNA Mutation Load”的研究中, 德国Max Planck研究所的科学家证实,增加线粒体中的总DNA数量能够修复不育小鼠的睾丸功能和精子质量。

不育是一个常见的人类健康问题。在过去的20年里,许多临床研究和动物模型实验表明,线粒体功能紊乱会导致男性不育。线粒体是细胞内微小的能量工厂,拥有自己的独立基因组——线粒体DNA(mitochondrial DNA,mtDNA)。mtDNA大量突变的小鼠是不育的,拥有较少的、活力更差的精子。人类研究表明,mtDNA点突变和缺失与精子质量呈负相关。

在这一研究中,研究小组调查了mtDNA拷贝数的变化将如何影响异质性(heteroplasmic)mtDNA突变的表型表现(phenotypic manifestations)。通过对小鼠进行研究,科学家们找到了一种方法来克服mtDNA突变带来的后果。


图片来源: Cell Metabolism(小编实在忍不住点评一下:这图真是通俗易懂、萌萌哒)

该研究的第一作者Min Jiang说:“我们增加了睾丸线粒体mtDNA的总数量。这并没有改变突变mtDNA的比例,但是增加了非突变mtDNA的相对数量(上图)。最终,我们证实,这种途径修复了线粒体的能量产生以及精子的质量。”

虽然,科学家们还没有完全弄清楚调节mtDNA水平的机制,但先前有研究表明,TFAM蛋白水平的变化直接影响了mtDNA的拷贝数。过表达人类TFAM蛋白的小鼠的mtDNA水平增加了50%。

据悉,研究小组的下一步计划是,筛选能够刺激睾丸中总mtDNA数量的药物。科学家们希望,能够找到一种有效的策略,用以治疗由mtDNA突变引发的不育患者。

参考资料:

Higher number of mitochondrial DNA-molecules can compensate for negative effects of mutations

Increased Total mtDNA Copy Number Cures Male Infertility Despite Unaltered mtDNA Mutation Load

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  • Increased Total mtDNA Copy Number Cures Male Infertility Despite Unaltered mtDNA Mutation Load

    Mutations of mtDNA cause mitochondrial diseases and are implicated in age-associated diseases and aging. Pathogenic mtDNA mutations are often present in a fraction of all mtDNA copies, and it has been widely debated whether the proportion of mutant genomes or the absolute number of wild-type molecules determines if oxidative phosphorylation (OXPHOS) will be impaired. Here, we have studied the male infertility phenotype of mtDNA mutator mice and demonstrate that decreasing mtDNA copy number worsens mitochondrial aberrations of spermatocytes and spermatids in testes, whereas an increase in mtDNA copy number rescues the fertility phenotype and normalizes testes morphology as well as spermatocyte proteome changes. The restoration of testes function occurs in spite of unaltered total mtDNA mutation load. We thus demonstrate that increased copy number of mtDNA can efficiently ameliorate a severe disease phenotype caused by mtDNA mutations, which has important implications for developing future strategies for treatment of mitochondrial dysfunction.

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