一项最近的研究揭示，我们脑细胞中的线粒体常常将其DNA释放到细胞核中，在那里可能会整合到染色体中并可能导致损伤。线粒体起源于古代细菌，具有某种外星般的特性。
一项新研究表明，线粒体可能比我们以前认为的更为特殊。
研究发现，脑细胞中的线粒体经常将其DNA排放到细胞核中。在那里，这些DNA可以与细胞的染色体整合。这种现象可能是有害的；在近1,200名参与者中，那些脑细胞中线粒体DNA插入较多的人，比插入较少的人更可能过早去世。
“我们之前认为线粒体DNA转移到人类基因组是个罕见事件，”哥伦比亚大学医学院的线粒体心理生物学家兼副教授马丁·皮卡德说，他与密歇根大学的瑞安·米尔斯共同领导了这项研究。
“令人震惊的是，这似乎在一个人的生活中发生多次，”皮卡德补充道。“我们的发现表明，许多这种插入发生在不同的脑区，但在血细胞中并不存在，解释了为什么许多之前分析血液DNA的研究忽视了这一现象。”
线粒体DNA的作用类似于病毒
线粒体存在于我们所有的细胞中；然而，与其他细胞器不同，它们拥有自己的DNA，一条大约含有36个基因的小环形链。线粒体DNA是大约15亿年前与我们单细胞祖先合并的古细菌所遗留下来的遗产。
在过去几十年里，科学家们认识到线粒体DNA有时会“跳跃”到人类染色体中。
“线粒体DNA的行为非常类似于病毒，因为它利用基因组中的切口来插入自己，或者类似于被称为逆转录转座子的跳跃基因，它们穿越人类基因组，”米尔斯解释说。
这些插入被称为核-线粒体片段，缩写为NUMTs（“发音为new-mites”），它们在我们的染色体中已经积累了数百万年。
“因此，我们所有人都在我们的染色体中携带了数百个大多数无害的线粒体DNA残余，这些残余是从我们的祖先那里继承来的，”米尔斯表示。
线粒体DNA插入在人体大脑中很普遍
最近的研究证实，“NUMT产生”仍然在今天持续发生。
“跳跃的线粒体DNA不仅仅是远古过去的现象，”皮卡德实验室的博士后研究员卡尔皮塔·卡兰说，他与米尔斯实验室的研究员周维晨合作。“这虽然罕见，但每4,000次出生中就会大约出现一次新的NUMT整合进人类基因组。这是线粒体与核基因进行交流的许多方式之一，这一现象从酵母保留到人类。”
了解到新的遗传NUMTs仍在形成，使皮卡德和米尔斯询问NUMTs是否也可能在一个人的生活中出现在脑细胞中。
“遗传NUMTs通常是无害的，可能是因为它们在早期发育中产生，而有害的则被过滤掉，”周指出。然而，如果线粒体DNA整合到一个基因或其调控区域中，可能会显著影响个体的健康或寿命。神经元可能尤其容易受到NUMTs的损害，因为大脑通常不会用新的神经元替换受损的神经元。
为了探索大脑中新NUMTs的存在和影响，研究人员与哥伦比亚大学转化与计算神经免疫学中心的助理教授汉斯·克莱因合作，获得了来自参与ROSAMP老龄化研究（由拉什大学的大卫·贝内特主导）的DNA序列。团队利用来自超过1,000名老年人的保存组织样本，调查了不同脑区的NUMTs。
他们的分析确认了人类大脑中发生核线粒体DNA插入——主要发生在前额叶皮层，并且可能在一个人的一生中发生多次。
此外，研究人员发现，前额叶皮层中NUMTs数量较多的个体比NUMTs较少的个体更倾向于早去世。“这是NUMTs可能具有功能意义并可能影响寿命的首次迹象，”皮卡德说。“NUMTs的积累可以被加入到贡献于衰老、功能下降和寿命的基因组不稳定机制列表中。”
压力加速NUMT产生
是什么触发了大脑中的NUMTs，为什么某些区域的积累比其他区域更多？
为了调查，研究人员检查了一群人类皮肤细胞，这些细胞可以在培养皿中培养和老化数个月，允许进行显著的纵向“寿命”研究。
这些培养的细胞每个月逐渐发展出几个NUMTs，当它们的线粒体受到压力时，细胞的NUMTs积累速度比正常快四到五倍。
“这揭示了一种压力如何影响我们细胞生物学的新方式，”卡兰解释说。“压力增加了线粒体释放其DNA片段的可能性，这些片段随后可以‘感染’核基因组，”周补充道。这只是线粒体影响我们健康的方式之一，超越了单纯的能量生产。
“线粒体就像细胞处理器和一个重要的信号传递平台，”皮卡德说。“我们已经知道它们可以调节基因表达。现在我们意识到线粒体实际上可以改变核DNA序列本身。”
