PNAS：原来线粒体也有巨大的性别差异

这项研究揭示了男性和女性在线粒体内基因活性的巨大差异。这是首个测试线粒体基因组中所有37个基因影响的研究，这些基因是桡足动物和人类共有的。研究发现，男性比女性在所有编码蛋白质的线粒体基因上表现出更多的活性。尽管这项研究关注的是一种叫做桡足类的微小海洋生物，但这些发现对人类医学有着重要的意义。

　　

海洋和环境生物学Suzanne Edmands说:“我们发现了一个明显的‘男人来自火星，女人来自金星’的模式。”

她指的不是人类心理学，而是负责产生能量的细胞成分线粒体。

Edmands是南加州大学多恩塞夫文理学院的生物科学教授，他最近在《美国国家科学院院刊》上发表了一项研究，揭示了男性和女性线粒体内基因活性的巨大差异。

虽然这项研究关注的是一种叫做桡足类的微小海洋生物，但埃德曼兹说，这些发现对人类医学有重大意义。“这些动物的线粒体基因组与人类非常相似——相同的基因、相同的功能和相似的基因组大小。”

数百种人类疾病都与线粒体功能失调有关，影响肌肉、肝脏和胰腺等器官、大脑，甚至眼睛和耳朵。例子包括肌肉萎缩症、糖尿病和阿尔茨海默病。

目前对这些疾病的治疗方法在很大程度上对男性和女性是相同的，但Edmands认为她的研究表明这种方法往往是有缺陷的。“我们的发现强调了开发性别特异性线粒体疗法的必要性。”

男性和女性的线粒体行为不同

科学家认为，线粒体起源于大约15亿年前被另一个单细胞生物吞没的单细胞生物。随着时间的推移，这些被吞噬的生物进化成专门为宿主细胞生产能量的生物。事实证明，这种共生关系是如此有益，以至于它在进化过程中得以持续。

这种古老的两种生物的混合解释了为什么线粒体有自己的基因组，与细胞核分开。

已经确定的是，线粒体内的基因活性取决于生物体的性别。Edmands解释说:“男性和女性的线粒体功能可能不同，因为它们通常有不同的能量需求和权衡。”

但Edmands想了解更多关于性别差异的信息。她的研究试图确定哪些线粒体基因在男性中最活跃，哪些在女性中最活跃，以及这些基因如何与两性的核基因相互作用。

为了确保观察到由线粒体引起的性别差异，她研究了一种缺乏性染色体的桡足动物。

性染色体也会导致女性和男性之间的差异，而且这些性染色体效应很难与性别特异性线粒体效应区分开来。

线粒体研究揭示了主要的性别差异

Edmands的小组是第一个测试线粒体基因组中所有37个基因的影响的小组，这些基因是桡足动物和人类共有的。

她发现雄性比雌性在所有编码蛋白质的线粒体基因上表现出更多的活性。雄性也表现出更高的核和线粒体基因的表达，这些基因相互作用，影响细胞中的能量代谢。

另一方面，雌性与产生和维持线粒体相关的基因表达更高。

为什么这些差异如此重要?尽管线粒体只包含细胞核中DNA的一小部分，但研究表明，线粒体基因影响细胞核内所有12条染色体的过程，产生全球影响。

此外，相互作用的线粒体和核基因在两性之间几乎完全不同。

线粒体疾病指南

Edmands说，这些发现可以帮助找到治疗人类线粒体疾病的方法，尤其是线粒体替代疗法。这项技术包括用来自捐赠者的健康线粒体替换母亲卵子中有缺陷的线粒体。

“我们的研究结果表明，更换不同的线粒体类型并不像更换电池，”她说。“供体线粒体和核DNA之间的不匹配会对整个基因组产生性别特异性的影响。”

了解哪些核基因和线粒体基因相互作用，以及这些相互作用在男性和女性之间的差异，可以帮助临床医生选择正确类型的线粒体，以确保这些治疗取得更大的成功。

更多线粒体研究即将展开

在未来的研究中，Edmands希望使用其他方法来研究线粒体功能的性别特异性差异。她认为，她的研究设计，避免了性染色体，也可能促使其他科学家从事类似的研究。

她说:“我相信科学家们会发现，这是一个特别令人信服的证据，证明了线粒体对基因表达的性别特异性影响，因为它没有被性染色体影响所混淆。”