中大教授揭示线粒体DNA只遗传自母亲之谜 成果登《科学》期刊

香港中文大学（中大）生命科学学院副教授姜秉昊教授与美国的研究团队合作，以跨学科研究方法，成功揭示线粒体DNA（去氧核醣核酸）只能通过母体遗传背后的重要机制，为此科学谜团带来崭新的启示。新发现同时有助进一步研究与线粒体DNA相关的神经退化疾病及改善人工受孕技术。 研究结果最近获权威学术期刊《科学》发表 *。

约于50年前，科学家发现人体DNA不只存在于细胞核内，而同时存在于细胞内的线粒体。线粒体是真核细胞进行氧化代谢的部位，人体吸收的糖类、脂肪和胺基酸最终会在线粒体氧化，为细胞提供能量。线粒体DNA只占人体总DNA的很小部分，在人体约20,000个基因中，只有37个基因由线粒体DNA编码而成。在大部分动物中，细胞核DNA遗传自双亲，线粒体DNA只会遗传自母亲。 来自父亲的线粒体 DNA ，为何会在受精卵中消失？它又是怎样消失？科学界一直未有明确的答案。  

姜秉昊教授与美国科罗拉多大学薛定教授的研究团队，透过研究秀丽隐杆线虫（C. elegans）精子内的线粒体，尝试找出答案。秀丽隐杆线虫是一种非寄生线虫，可以独立生存，身长约1毫米，一般生长于温带泥土中。科学家长久以来利用秀丽隐杆线虫作细胞研究，是生物学研究的一种模式生物（model organism）。科学家已知道，线虫母亲的卵子细胞会产生自噬作用，吞噬精子的线粒体，并将它们分解（degradation）。但 姜教授及研究团队利用高解析度的电子显微镜，观察线虫细胞内部结构小至纳米尺度的三维影像 时，发现精子线粒体在母亲卵子的自噬作用发生之前，已经出现衰退的迹象。 

姜教授表示：「 我们发现精子线粒体有自我分解的机制（ self-degradation ），如同一种自杀行为。当精子进入卵子时，这个内在机制就会立即启动。我们更发现当此机制遭到延缓，胚胎的生存率便会降低。此发现有助科学家了解与此机制相关的疾病，以及改善人工授孕的技术。 」 

基于以上的发现，研究团队再进一步寻找促进精子线粒体自我分解的蛋白质，发现于线粒体表面的CPS-6蛋白有切断DNA分子的功能。此发现在分子层面直接解释了为何线粒体DNA不能通过父系遗传：当精子进入卵子时，CPS-6蛋白会移动到精子线粒体上并分解其DNA。研究人员更发现，假如父亲的线粒体不被清除，将会伤害发育中的胚胎。 

由于线粒体为细胞代谢提供能量时，非常容易受到损伤，因此它们受到细胞自噬系统的严密监察，异常的线粒体会被自噬作用清除。在人体中，如果这个清除功能发生异常，便有可能引致神经退化疾病。 深入了解线虫的父系线粒体 DNA 的清除过程，将为研究人体细胞的自噬系统提供新方向，甚至可为相关的疾病提供治疗方法，包括帕金逊症、脑退化症、一些心脏疾病及失明等。  

姜教授续说：「 多学科研究方法对于解答生物学中的难题非常重要。是次研究结合了先进电子显微镜成像技术和生物化学技术（搜寻蛋白），缺一不可。是次研究的成功，展现了拥有不同专长技术的实验室紧密合作的重要性。 我在此衷心感谢香港研究资助局的卓越学科领域计划对中大细胞器生物合成和功能研究中心的支持，让我们可以运用先进的电子显微镜技术于是次研究中。」 

姜秉昊教授简历  

姜秉昊教授现任生命科学学院副教授，同时也是中大细胞器生物合成和功能研究中心的成员，研究中心获香港研究资助局卓越学科领域计划资助（AoE/M-05/12）。姜教授在首尔大学取得化学学士学位，并在威斯康辛大学麦迪逊分校获得生物化学博士学位。在加入中大之前，他在佛罗里达大学微生物与细胞生物学系任副教授。 

姜教授是细胞生物学和电子显微镜方面的专家。他和研究团队使用分子生物学技术和高分辨三维电子显微镜技术研究动植物细胞器生物合成。他在线虫细胞凋亡和自噬方面的研究取得了重要的成果，其研究成果在众多知名国际科学期刊上发表，包括 Science, Molecular Cell, Current Biology, Proceedings National Academy Sciences of USA, Plant Cell, and Plant Physiology 。 

中大细胞器生物合成和功能研究中心网页： http://www.cuhk.edu.hk/centre/iCell/  

* 《科学》杂志原文: Mitochondrial endonuclease G mediated breakdown of paternal mitochondria upon fertilization. Science http://dx.doi.org/10.1126/science.aaf4777 (2016)