粒線體的 DNA 能協助細胞核調控細胞運作
來自南加州大學（University of Southern California，USC）的科學家們發現細胞內重要基因訊息的傳遞，並非像先前所想像的是單向傳遞，而這個新的發現能協助更深入了解人類疾病，以及提供潛在的治療方法。
粒線體擁有自己的 DNA，根據內共生假說，先前科學家們認為這是來自古生菌類進入細胞後，與宿主細胞的共同演化。儘管人們長久以來都認為細胞核擁有建構和調控細胞中所有基因的藍圖，但仍然不確定人類細胞核中的 DNA 是否能調控粒線體的 DNA。
USC Leonard Davis 老人學學院（Leonard Davis School of Gerontology）是老齡化基礎研究和技術應用的研究中心。這裡的研究人員試圖解決來自不同領域的老齡化問題，包含神經生物學、分子生物學、生物人口學、認知心理學、社會學、城市規劃和衛生服務。在應用層面則包含家庭關係研究、房屋規劃、長期服務和支持、預防跌倒、預防老年人虐待、看護。
他們首先發現粒線體和細胞核內的基因在共同演化的過程中會互相調控。本篇研究的作者、Leonard Davis 老人學學院的 Changhan David Lee 助理教授表示：「了解不同胞器內的基因組互相調控的機制，可以幫助我們了解基因在疾病與老化過程中所扮演的角色。這是一個基礎科學的發現，它將兩個基因組整合為一個共同演化的系統，而且對科學和醫學領域的研究有深遠的影響。」
現在許多正在使用的處方籤藥物，是根據細胞核中的基因組而設計的，而深入了解胞器的作用機制，可以幫助治療與年齡相關的疾病，或許有一天會出現與粒線體相關的治療方法。Lee 助理教授說：「我們尚未全盤了解細胞交流網路的複雜程度。舉例來說，當我們要治療癌症時，因為我們只了解約半數的基因組，所以只能解決一半的問題；如果我們能徹底了解所有基因組，和其互相作用的機制，那麼我們將會有十足的把握對抗來對抗疾病，而這也是這個發現的關鍵之處。」
研究人員將研究目標放在細胞核和粒線體的 DNA。細胞中大部分的遺傳物質都儲存在細胞核裡，而 DNA 上的遺傳密碼下達指令，告訴細胞該如何運作。粒線體的體積較細胞核小，是負責製造能量的工廠，將攝取的食物轉換成細胞能利用的能量。但僅用體積大小來區分功能的多樣性是不精準的，因為粒線體也含有自己的 DNA，而且是經由母系遺傳，並非來自精卵結合後的細胞核 DNA。研究人員利用人體細胞做實驗，發現當細胞缺乏營養時，粒線體會製造名為 MOTS-c 的小型蛋白質進入細胞核以調控基因並開啟防禦系統，例如抗氧化反應。
細胞內的訊息傳遞是近幾年逐漸重視且快速發展的研究領域，隨著更精密的儀器被研發，有更微小的物質能被偵測，因此細胞中的小型基因得以被深入研究。Lee 助理教授提到：「許多的疾病都與老化有關，而老化會造成更多細胞失去功能，使體內運作機制出現錯誤。因此了解細胞老化的機制便能協助我們預防損害發生，也知道該如何修補這些損害。」
（首圖為穿透式電子顯微鏡下哺乳動物肺組織中的兩個粒線體；來源：By Louisa Howard [Public domain], via Wikimedia Commons）