与衰老相关的线粒体功能严重缺陷的胞质杂合细胞的分子特征

摘要 : 该研究组先前建立了含有不同年龄组小鼠神经细胞线粒体的胞质杂合细胞株(其细胞核基因组背景相同), 发现老年组较年轻组的胞质杂合细胞线粒体总体功能显著降低。为了研究与衰老相关的线粒体功能严重缺陷的胞质杂合细胞的分子特征, 该研究采用3个线粒体总体功能极其低下的老年组胞质杂合细胞株(1个正常功能年轻组胞质杂合细胞株作为对照)作为研究对象。首先, 证实氧耗水平和ATP合成显著降低(P<0.05或P<0.01)。然后, 对线粒体DNA(mitochondrial DNA, mtDNA)进行了高通量测序, 特别是检出突变型比例低的mtDNA异质性突变, 并进一步对呼吸链复合体依赖性氧耗进行了检测。测序结果显示, 在老年组胞质杂合细胞中mtDNA点突变明显积累。这些突变包括非编码区的3个变异, 据DNA保守性分析结果, 其中2个(异质性m.15849G>T、m.16289A>T)可能为有害的; 编码区的4个变异, 据DNA和氨基酸保守性分析及蛋白质功能预测结果, 其中2个(ND5基因的同质性m.12496T>C、Cyt b基因的异质性m.15199A>T)可能为有害的。进一步研究结果显示, 同时具有复合体I亚基ND5(或复合体III亚基Cyt b)突变和2个调控区突变的胞质杂合细胞, 其复合体I(或复合体III)依赖性呼吸显著降低(P<0.05或P<0.01)。综上, 发生于老年组胞质杂合细胞的线粒体总体功能异常, 其原因可能为, mtDNA调控区和编码区的异质性和同质性突变, 以及多重mtDNA突变的累加引起线粒体呼吸链复合体功能的缺陷, 进而导致线粒体总体功能异常, 从而促进衰老。