线粒体DNA突变潜藏于人诱导性多能干细胞(iPS细胞)中

来源：生物谷作者：人气：-发表时间：2016-04-20 09:30:00【大中小】

美国俄勒冈健康与科学大学胚胎细胞与基因治疗中心主任Shoukhrat Mitalipov博士及其研究团队最近在一项新的研究中首次证实一个存在已久的假设：当变老时，基因突变积累在人们的线粒体（即细胞能量工厂）中。研究人员发现作为一类对病人的皮肤细胞或血细胞进行重编程而产生的干细胞，诱导性多能干细胞（iPS细胞）含有存在缺陷的线粒体DNA。2016年4月14日相关研究结果在线发表在Cell Stem Cell期刊上，论文标题为“Age-Related Accumulation of Somatic Mitochondrial DNA Mutations in Adult-Derived Human iPSCs”。论文通信作者为Shoukhrat Mitalipov和Taosheng Huang。

诱导性多能干细胞（iPS细胞）含有存在缺陷的线粒体DNA

Mitalipov说，“人们长期以来认为我们的线粒体DNA中的致病性突变是衰老和年龄相关性疾病的一种驱动力，不过一直都缺乏明确的证据。如今，利用这项研究中的证据，我们知道我们必须筛选iPS细胞中发生的突变，或者在年龄更为年轻时收集人体细胞制造iPS细胞，从而确保它们的线粒体基因是健康的。这种对细胞在自然衰老过程中如何遭受损伤的基本了解可能有助消除发生基因突变的线粒体在退化性疾病中发挥的作用。”

线粒体基因位于细胞核外面，已知容易遭受损伤。当我们变老时单个细胞内随机产生的线粒体DNA基因突变能够限制细胞恰当地制造能量、产生信号和发挥功能的能力。

基于干细胞的潜在疗法有巨大的希望用于治疗人类疾病。然而，线粒体缺陷可能能够破坏iPS细胞修复受损组织或器官的能力。为了避免损害iPS细胞的治疗价值，Mitalipov和同事们建议对这些细胞进行线粒体DNA突变筛选。

美国辛辛那提儿童医院医学中心线粒体疾病项目主任和医学遗传学家Taosheng Huang博士说，“如果想要在人体中使用iPS细胞，那么必须核查线粒体基因组中的突变。每个细胞[发生的突变]可以是不同的。两个相邻的细胞可能拥有不同的突变或者不同的突变比例。”

论文共同作者、美国梅约诊所再生医学中心主任Andre Terzic博士说，“这个跨学科的合作研究鉴定出‘线粒体基因组完整性’是评估病人来源性再生产品临床应用能力的一个至关重要的指标。”

每个人拥有数万亿个细胞，而每个细胞具有上千个线粒体。当细胞老化时，每个线粒体基因组可能存在上千个不同的突变。因为每个细胞具有它自己独特的突变，所以当研究人员研究含有上百万个细胞的一小块皮肤或一滴血液时，大多数线粒体突变是隐藏的。仅当每个细胞拥有相同突变时，这种突变才能够检测到。

然而，在iPS细胞中，这些突变能够检测到。在制造iPS细胞系的过程中，研究人员对每个病人皮肤细胞或血细胞进行克隆扩增。因此，iPS细胞系中的每个细胞将含有与初始的体细胞（即皮肤细胞或血细胞）一样的线粒体DNA突变。

在这项研究中，研究人员并不只是研究一种iPS细胞系。他们获得来自每种病人组织样品的10个iPS细胞克隆株，并对它们进行测序，以便更好地理解线粒体的DNA突变率。

研究人员获取健康的和患有退行性疾病的年龄在24岁到72岁的人的皮肤和血液样品。当他们检测这些皮肤细胞或血细胞中的线粒体DNA突变时，突变水平似乎较低。

研究人员随后分析了每个病人20个iPS细胞系---10个由病人的血细胞重编程而产生，另外10个由病人的皮肤细胞重编程而产生。当对这些 iPS细胞系进行测序时，他们发现较高数量的线粒体DNA突变，特别是源自年龄大于60岁的病人的iPS细胞系。他们分析了130个iPS细胞系，发现它们当中的80%存在线粒体DNA突变。他们也发现每个iPS细胞系中较高比例的线粒体含有突变。iPS细胞系中线粒体DNA突变载量越高，这个细胞的功能破坏得更重。

研究人员建议针对每个病人产生多个iPS细胞系，然而选择受到最少破坏的iPS细胞系。

2013年5月，Mitalipov在世界上首次证实利用体细胞核移植（SCNT）技术将一个人的皮肤细胞成功地制造为人胚胎干细胞。2007 年，他利用SCNT技术制造出非人灵长类动物的胚胎干细胞。OHSU科学家也已证实SCNT允许在保留病人细胞核的情形下，利用健康供者卵细胞的线粒体替换发生突变的线粒体基因。