线粒体

人染色体

第二十五章

线粒体DNA（mtDNA）长0.016,569Mb（16.569bp），为一双链环状分子，仅编码13个蛋白质基因，无内含子，基因数/染色体全长=784.6，与核内线性DNA的大小、基因密度有天壤之别！它还编码22种tRNA和2种rRNA（信息参考：Ensembl GRCh37，release 109 - Feb 2023 © EMBL-EBI）。

最特别的是线粒体DNA不遵循孟德尔遗传规律，而遵循母系遗传，即只有母亲能将其卵细胞质中线粒体DNA传递给第二代：她的儿、女；第二代只有女儿能将其线粒体DNA再传递给第三代：外孙和外孙女。而父亲的核DNA通常位于父亲精子的头部，一般精子只有头部进入卵细胞参入受精，而精子的线粒体（相对较少，只有几十个）往往留在精子的颈、尾部的细胞质内，所以不遗传给下一代，但是也有例外，已发现极少数父亲的线粒体DNA遗传的报道。

个体的一个细胞内有数百个线粒体，一个线粒体含2-10个线粒体DNA分子，所以每个细胞可以含有数千线粒体DNA分子，这些线粒体DNA可以是不一样的（异质性）。不像核DNA，线粒体DNA没有DNA损伤修复系统，因而线粒体DNA突变的概率比核内DNA高10-20倍。一个个体，细胞内突变的线粒体DNA多达一个数值（阈值），超过这个值就可出现临床症状。不同线粒体病的阈值不同。

卵母细胞比其它体细胞含更多的线粒体DNA分子（10万个），经过2次减数分裂会丢失绝大部分线粒体DNA分子（仅余2-200个），卵细胞质中的这百余个线粒体DNA分子在受精卵中通过有丝分裂增殖，随机分配到子细胞，子细胞中线粒体DNA分子又可恢复到成千上万。若卵母细胞含有突变的线粒体DNA，通过受精卵将其传递给下一代子女，而她的下一代子女的含有突变的线粒体DNA达阈值，就可能出现临床效应。

线粒体DNA不像细胞核DNA那样会发生重组现象，如果每代都生女儿的话，线粒体DNA就能做到代代相传，通过比较现代人与古人的线粒体DNA，就可以溯源寻找到人们的根源和祖先。而男性的Y染色体即便是每代生儿子，Y染色体与X染色体可以发生重组，还常常发生突变，所以靠Y染色体溯源寻踪，会出现偏差，且最远只能追寻到7.9万年，但通过女性的线粒体DNA，20万年前的女性血亲都可以追寻到！

2000年，日本的千叶县考古发现了24具3500年前的人骨，为了宣传这一重大的考古发现，日本当局特意请了节目组并随机请了几位艺人来做基因比对。令人意外惊奇的是，天海祐希，这位艺人的线粒体DNA分子，与挖出来的24具人骨其中的一位女性人骨的线粒体DNA分子是一模一样的。日本女星，天海祐希，于是通过线粒体DNA溯源，找到了一位与自己万年前同宗族的、目前在青藏高原牧羊的“姐妹”，两人的线粒体DNA万年前由同一个母亲传递。今天看上去，两人的容貌还有些相似之处！

线粒体是细胞的能量代谢中心，所以线粒体DNA分子突变导致的线粒体疾病往往涉及能量需求旺盛的肌肉、中枢神经组织。

首例母系遗传性疾病是1988年报道的Leber遗传性视神经病变（LHON），该病以1871年首次报道其临床症状的德国眼科医生Theodore Leberde 名字命名。该病临床表现为视神经退行性变，男性患者多于女性患者。目前已发现300多种线粒体DNA突变的疾病，因线粒体基本是由母亲传递，所以若母亲线粒体DNA有缺陷，可将父、母的精、卵核DNA移植到除去核的正常女性的成熟卵子中，即三亲婴儿（见图25-1）。

完