Scientists have found a clue to why

Scientists have found a clue to why one type of DNA is passed down to children by their mothers — but not their fathers.

DNA inside energy-producing organelles called mitochondria is destroyed in a dad’s sperm shortly after it fertilizes an egg, researchers report online June 23 in Science. A protein called CPS-6 cuts apart the mitochondrial DNA in the male sperm so that the DNA can’t make the proteins that the mitochondria need to power the cell. Lingering paternal mitochondrial DNA might hurt developing embryos, the researchers say.

“This is a very long-standing mystery in biology — why in so many organisms, [only] the maternal mitochondria are inherited,” says Ding Xue, a geneticist at the University of Colorado Boulder who led the work.

Millions of years ago, mitochondria were their own simple cells. Now they produce energy for more complex cells, but they’ve held on to their own genomes. Their DNA is simpler and shorter than the regular DNA found in the nucleus of the cell.

Xue and his collaborators used electron microscopes to watch as sperm from the worm Caenorhabditis elegans fertilized eggs. The images showed the paternal mitochondria breaking down from the inside out. To figure out what gene might be responsible, the researchers then looked at what changed when certain genes weren’t working. The culprit gene they identified produces the protein CPS-6.

CPS-6 normally controls a process of programmed cell death that helps organisms keep old cells and new cells in balance. But Xue’s team found that during fertilization, CPS-6 could also move into the innermost part of the mitochondria and chop the mitochondrial DNA stored there into pieces. That DNA spells out instructions for critical tasks carried out by the mitochondria. Without the instructions, the mitochondria can’t do their job.

CPS-6 doesn’t work alone, though. Other scientists had previously identified a different process, called autophagy, that helps break down paternal mitochondria after fertilization (SN: 1/1/2000, p. 5). Autophagy recruits specialized structures in the egg that carry away pieces of the paternal mitochondria and break them down, like a garbage collection team. The two seem to work together: Without CPS-6 acting as a flag, the autophagy machinery didn’t cart away the unwanted mitochondria as quickly.

“Our study for the first time shows that paternal mitochondria actually cooperate with maternal degradation machinery to ensure that they’re all removed,” Xue says.

When the mitochondria removal process was delayed, the resulting embryos were more likely to die. The finding suggests that paternal mitochondrial DNA somehow interferes with normal development, but scientists don’t yet know why that might be.

It’s also not yet clear how directly the mechanism carries over to humans. “You could imagine there’s a similar mechanism, but there’s no demonstration yet,” says Vincent Galy, a biologist at the Pierre and Marie Curie University in Paris who was not involved in the work.

The CPS-6 protein is similar to one found in humans, and it controls cell death similarly in both species. But because research in flies and mice suggests that exactly when sperm lose their mitochondria varies from species to species, the process itself probably varies slightly.

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

นักวิทยาศาสตร์ได้พบเบาะแสว่าทำไมประเภทหนึ่งของดีเอ็นเอถูกส่งลงมาให้กับเด็กโดยแม่ของพวกเขา -. แต่ไม่บรรพบุรุษของเขา

ดีเอ็นเอภายใน organelles ผลิตพลังงานที่เรียกว่า mitochondria ถูกทำลายในสเปิร์มของพ่อไม่นานหลังจากที่มัน fertilizes ไข่นักวิจัยรายงานออนไลน์มิถุนายน 23 ในสาขาวิทยาศาสตร์ โปรตีนที่เรียกว่า CPS-6 ตัดออกจากกันยลดีเอ็นเอในอสุจิเพศชายเพื่อให้ดีเอ็นเอไม่สามารถสร้างโปรตีนที่ mitochondria จำเป็นในการใช้พลังงานของเซลล์ เอ้อระเหยยลดีเอ็นเอพ่ออาจจะทำร้ายตัวอ่อนพัฒนานักวิจัยกล่าวว่า.

"นี่คือความลึกลับมากยาวนานในทางชีววิทยา - ทำไมในสิ่งมีชีวิตจำนวนมากดังนั้น [เท่านั้น] ที่ mitochondria มารดาได้รับมา" Ding Xue, พันธุกรรมที่มหาวิทยาลัยกล่าวว่า โคโลราโดโบลเดอที่นำมาใช้งาน.

ล้านปีที่ผ่านมา mitochondria เป็นเซลล์ที่เรียบง่ายของตัวเอง ตอนนี้พวกเขาผลิตพลังงานสำหรับเซลล์ที่ซับซ้อนมากขึ้น แต่พวกเขาได้จัดขึ้นเมื่อวันจีโนมของตัวเอง ดีเอ็นเอของพวกเขาจะง่ายและสั้นกว่าปกติดีเอ็นเอที่พบในนิวเคลียสของเซลล์.

Xue และทำงานร่วมกันของเขาใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนจะดูเป็นสเปิร์มจากหนอนไข่ที่ปฏิสนธิ Caenorhabditis elegans ภาพที่แสดงให้เห็นว่า mitochondria บิดาที่จะหมดสภาพจากภายในออก จะคิดออกว่ายีนที่อาจจะมีความรับผิดชอบในนักวิจัยแล้วมองไปที่สิ่งที่เปลี่ยนไปเมื่อยีนบางอย่างไม่ได้ทำงาน ยีนผู้ร้ายพวกเขาระบุผลิตโปรตีน CPS-6.

CPS-6 ปกติควบคุมกระบวนการของการตายของเซลล์โปรแกรมที่จะช่วยให้ชีวิตให้เซลล์เก่าและสร้างเซลล์ใหม่ในสมดุล แต่ทีม Xue พบว่าในระหว่างการปฏิสนธิ CPS-6 ยังสามารถย้ายเข้าไปอยู่ในส่วนหนึ่งในสุดของ mitochondria และสับยลดีเอ็นเอเก็บไว้ที่นั่นเป็นชิ้น ดีเอ็นเอที่ spells ออกคำแนะนำสำหรับงานสำคัญที่ดำเนินการโดยที่ mitochondria โดยไม่ต้องคำแนะนำ mitochondria ไม่สามารถทำงานของพวกเขา.

CPS-6 ไม่ได้ทำงานคนเดียว แต่ นักวิทยาศาสตร์อื่น ๆ ได้ระบุก่อนหน้านี้เป็นกระบวนการที่แตกต่างกันเรียกว่า autophagy ที่ช่วยทำลายลง mitochondria บิดาหลังจากการปฏิสนธิ (SN:. 1/1/2000, หน้า 5) autophagy ชักชวนโครงสร้างเฉพาะในไข่ที่นำไปชิ้นส่วนของ mitochondria บิดาและทำลายพวกเขาลงเช่นทีมเก็บขยะ ทั้งสองดูเหมือนจะทำงานร่วมกันได้: โดยไม่ต้อง CPS-6 ทำหน้าที่เป็นธงเครื่องจักร autophagy ไม่ได้รถเข็นออกไป mitochondria ที่ไม่พึงประสงค์ได้อย่างรวดเร็ว.

"การศึกษาของเราเป็นครั้งแรกแสดงให้เห็นว่า mitochondria พ่อจริงให้ความร่วมมือกับเครื่องจักรการย่อยสลายของมารดาเพื่อให้มั่นใจว่า จะถูกลบออกทั้งหมด "Xue กล่าว.

เมื่อกระบวนการกำจัด mitochondria ล่าช้าตัวอ่อนที่เกิดขึ้นมีแนวโน้มที่จะตาย ผลการวิจัยแสดงให้เห็นว่าบิดายลดีเอ็นเออย่างใดรบกวนกับการพัฒนาปกติ แต่นักวิทยาศาสตร์ยังไม่ทราบว่าทำไมที่อาจจะ.

นอกจากนี้ยังยังไม่ชัดเจนว่าโดยตรงกลไกดำเนินไปยังมนุษย์ "คุณสามารถจินตนาการมีกลไกที่คล้ายกัน แต่มีการสาธิตยังไม่มี" วินเซนต์ Galy นักชีววิทยาที่ Pierre และ Marie Curie มหาวิทยาลัยในกรุงปารีสที่ไม่ได้เกี่ยวข้องในการทำงานกล่าวว่า.

ทำให้ CPS-6 โปรตีนคล้ายกับที่พบใน มนุษย์และมันจะควบคุมการตายของเซลล์ในทำนองเดียวกันในทั้งสองชนิด แต่เนื่องจากการวิจัยในหนูแมลงวันและแสดงให้เห็นว่าว่าเมื่อสเปิร์มของพวกเขาสูญเสีย mitochondria แตกต่างจากสายพันธุ์สายพันธุ์กระบวนการของตัวเองอาจจะแตกต่างกันเล็กน้อย

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

นักวิทยาศาสตร์ได้พบเงื่อนงำทำไมชนิดของดีเอ็นเอที่ถูกส่งลงให้เด็ก โดยมารดาของพวกเขา - แต่ไม่ใช่พ่อของพวกเขาดีเอ็นเอในไมโตคอนเดรีย เป็นพลังงานที่ผลิตอวัยวะที่เรียกว่าทำลายอสุจิของพ่อ ไม่นานหลังจากที่มันทั่วไปไข่นักวิจัยรายงานออนไลน์ 23 มิถุนายนในวิทยาศาสตร์ โปรตีนเรียกว่า cps-6 ตัดแยก mitochondrial DNA ในตัวอสุจิเพศชาย ดังนั้น DNA ไม่สามารถสร้างโปรตีนที่ค่อนข้างต้องใช้พลังงานเซลล์ ของบิดาดีเอ็นเออาจทำร้ายการพัฒนาตัวอ่อนนักวิจัยกล่าวว่า" นี่เป็นเรื่องลึกลับที่ยาวนานมากในวิชาชีววิทยา - ทำไมสิ่งมีชีวิตมากมาย [ เท่านั้น ] ) จะสืบทอดมารดาว่า " ติง Xue , พันธุศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยโคโลราโด โบลเดอร์ ที่ทำให้งานล้านปีมาแล้ว ) เป็นเซลล์ของตัวเองง่ายๆ ตอนนี้พวกเขาผลิตพลังงานสำหรับเซลล์ที่ซับซ้อนมากขึ้น แต่พวกเขาได้จัดขึ้นในจีโนมของตนเอง ดีเอ็นเอของพวกเขาเป็นเรื่องง่ายและสั้นกว่าปกติ ดีเอ็นเอที่พบในนิวเคลียสของเซลล์Xue และผู้ร่วมงานของเขาใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนดูเป็นอสุจิจากหนอน C ³ไข่ . ภาพแสดงบิดา ) แบ่งออกมาจากข้างใน ที่จะคิดออกยีนอะไรที่อาจต้องรับผิดชอบ นักวิจัยมองที่สิ่งที่เปลี่ยนแปลงเมื่อยีนบางอย่างไม่ทำงาน คนร้ายยีนสร้างโปรตีนที่พวกเขาระบุ cps-6 .cps-6 โดยปกติการควบคุมกระบวนการตายของเซลล์สิ่งมีชีวิตที่ช่วยให้เซลล์เก่า และสร้างเซลล์ใหม่ในความสมดุล แต่ทีม Xue พบว่าในระหว่างการ cps-6 สามารถย้ายเข้าไปส่วนในสุดของไมโตคอนเดรียและสับ mitochondrial DNA ที่เก็บไว้เป็นชิ้น DNA ที่ spells ออกคําแนะนําสําหรับงานสําคัญที่ดําเนินการโดย ) . ไม่มีคําแนะนํา , mitochondria ไม่สามารถทำงานของพวกเขาcps-6 ไม่ได้ทำงานคนเดียวนะ นักวิทยาศาสตร์อื่น ๆก่อนหน้านี้ได้ระบุกระบวนการที่แตกต่างกัน เรียกว่า อ ต้ฟาจี ที่ช่วยทำลายบิดา ) หลังจากการปฏิสนธิ ( SN : 1 / 1 / 2543 , หน้า 5 ) อ ต้ฟาจีรับสมัครโครงสร้างเฉพาะในไข่ที่ขนเอาชิ้นส่วนของไมโตคอนเดรียบิดาและแบ่งพวกเขาลง เช่น การเก็บขยะ ทีม ทั้งสองดูเหมือนจะทำงานร่วมกัน โดย cps-6 ทำเป็นธง , อ ต้ฟาจีเครื่องจักรไม่ได้เข็นไป ) ที่ไม่พึงประสงค์ได้อย่างรวดเร็ว" การศึกษาของเราเป็นครั้งแรกที่แสดงให้เห็นว่าบิดาจริง ) ร่วมมือกับการย่อยสลายของเครื่องจักร เพื่อให้แน่ใจว่าพวกเขากำลังทั้งหมดออก " Xue กล่าวว่าเมื่อกระบวนการกำจัดค่อนข้างล่าช้า ผลอ่อนมีแนวโน้มที่จะตาย ผลการวิจัยแสดงให้เห็นว่าบิดาดีเอ็นเออย่างใดรบกวนพัฒนาการปกติ แต่นักวิทยาศาสตร์ก็ยังไม่ทราบสาเหตุที่อาจเป็นมันยังไม่ชัดว่าตรงกลไกมีมากกว่ามนุษย์ " คุณสามารถจินตนาการ มีกลไกที่คล้ายกัน แต่ไม่มีการแสดงยังกล่าวว่า " วินเซนต์ galy เป็นนักชีววิทยาที่ปิแอร์และแมรี คูรี มหาวิทยาลัย ในปารีส ที่ไม่ได้มีส่วนร่วมในการทํางานcps-6 โปรตีนที่คล้ายกับหนึ่งที่พบในมนุษย์ และการควบคุมการตายของเซลล์ในทำนองเดียวกันทั้งสองชนิด แต่เนื่องจากการวิจัยในแมลงวันและหนูเห็นว่าตรงเมื่ออสุจิสูญเสียไมโตคอนเดรียของพวกเขาแตกต่างจากสายพันธุ์ชนิด กระบวนการตัวเองอาจจะแตกต่างกันเล็กน้อย