線粒體DNA拷貝數與疾病

劉 譽，馬袆楠

(北京大學第一醫院中心實驗室，北京 100034)

線粒體是真核生物細胞內的重要細胞器，處于新陳代謝和生物能量轉換的中心地位。核DNA和線粒體DNA(mitochondrial DNA，mtDNA)共同編碼呼吸鏈體系與氧化磷酸化過程中的多個相關因子，因此mtDNA的完整性對生物體各器官的正常生理功能具有重要意義。隨著越來越多的mtDNA突變被發現，線粒體疾病的基因型、臨床癥狀以及診斷治療都得到了突飛猛進的發展，尤其是mtDNA的拷貝數與臨床疾病的關系日益受到重視。

1 mtDNA拷貝數的定義

拷貝數是指某基因在某一生物的基因組中的個數。每個線粒體含有2～10個mtDNA拷貝數，每個細胞含有10～1000個線粒體，但不同組織細胞的線粒體數目有所差異，每個外周血單個核細胞、肌細胞和神經元中線粒體數目分別為223～854個、1075～2794 個和1200～10 800個[1]。

2 mtDNA拷貝數及其調控

2.1 mtDNA的復制

哺乳動物的mtDNA是一個長度約為16.5 kb的結構緊密的雙鏈閉合環狀分子，外環為重鏈(H鏈)，內環為輕鏈(L鏈)，其mtDNA復制以D環復制方式為主。過去幾十年，人們對mtDNA拷貝數進行了廣泛的研究，發現mtDNA重鏈起始位點復制的開始必須有一個轉錄伴隨的引物RNA結構復合體的合成，隨后復制在線粒體DNA聚合酶γ(mitochondrial DNA polymerase γ，mtDNApolγ)、線粒體單鏈DNA結合蛋白(mitochondrial single-stranded-DNA-binding protein，mtSSB)等因子的作用下進行。在RNA引物合成過程中，RNA引物的成熟不僅需要RNA聚合酶(RNA polymerase，RNA pol)，還需要一個重要的轉錄因子——線粒體轉錄因子A(mitochondrial transcription factor A，mtTFA)的參與[2]。

2.2 mtDNA復制的調控

2.2.1 mtTFA mtTFA是由核基因編碼的線粒體核心轉錄調控因子，屬于高遷移率(high mobility group，HMG)蛋白家族，含有兩個HMG盒(box)結構域[3]。線粒體啟動子的起始由mtTFA的量調節，mtTFA通過結合在mtDNA輕、重鏈啟動子的上游來促進mtDNA的轉錄[4]。……