Science:科学家首次向人们展示线粒体RNA编辑的多样性

线粒体基因组中的突变与多种疾病和生物学过程有关，然而此前人们还不了解线粒体转录组中的序列多样性。这项研究通过超深度线粒体RNA测序，首次为人们展示了线粒体RNA编辑的多变程度，文章发表在本周的science杂志上。

“线粒体在细胞中负责生产能量，细胞需要的能量越多(例如肌肉细胞)，它拥有的线粒体就越多。线粒体拥有自己的一套遗传物质，即使在同一个体内，线粒体基因组也存在显著的多样性，”文章的第一作者Alan Hodgkinson说。“此外，一个细胞中的线粒体也可能带有不同的基因突变。我们的研究旨在揭示线粒体RNA加工的多样性，以及这种现象对健康有何影响。”举例来说，研究人员发现线粒体RNA的修饰水平与我们的基础代谢率有关，基础代谢率反映了机体将食物转变为能量的速度。

研究人员收集了CARTaGENE计划中的全血样本，并对线粒体RNA进行了超深度测序(>6000×)。他们由此展示了个体内和个体间的序列多样性，还鉴定了重要位点的转录后修饰。

CARTagenE是世界上最综合性的遗传信息库之一：除了遗传信息，参与者还会提供他们的健康史、居住信息、种族、语言和家族病史。领导这项研究的Philip Awadalla认为，这一计划包含了很多综合性的信息，因此具有独特的优势。

“我们分析了个体内和个体间的线粒体RNA多样性。这是首次在群体水平上研究全线粒体RNA突变，” Hodgkinson解释道。“我们采用了CARTaGENE计划中一千名参与者的样本，进行了迄今为止最大规模的RNA测序。”此外，这项研究的测序深度也是目前最大的，Awadalla补充道。

有许多因素决定着线粒体RNA的转录。“细胞内的绝大多数DNA位于细胞核。研究显示，细胞核基因组产物与线粒体基因组产物之间存在相互作用，它们并不是完全隔离的，” Hodgkinson解释道。“我们通过全基因组关联分析发现，一个细胞核基因(MRPP3)的错意突变，与线粒体tRNA重要位点的转录后修饰有关。这样的修饰会影响细胞的能量生产，理解整个机制还有待于进一步的研究。”

“线粒体和代谢速率有关是合乎情理的，因为线粒体负责为细胞提供能量。”Awadalla说。

原文摘要：

High-Resolution Genomic Analysis of Human Mitochondrial RNA Sequence Variation

A. Hodgkinson, Y. Idaghdour, E. Gbeha, J.-C. Grenier, E. Hip-Ki, V. Bruat, J.-P. Goulet, T. de Malliard, P. Awadalla

Mutations in the mitochondrial genome are associated with multiple diseases and biological processes; however, little is known about the extent of sequence variation in the mitochondrial transcriptome. By ultra-deeply sequencing mitochondrial RNA (>6000×) from the whole blood of ~1000 individuals from the CARTaGENE project, we identified remarkable levels of sequence variation within and across individuals, as well as sites that show consistent patterns of posttranscriptional modification. Using a genome-wide association study, we find that posttranscriptional modification of functionally important sites in mitochondrial transfer RNAs (tRNAs) is under strong genetic control, largely driven by a missense mutation in MRPP3 that explains ~22% of the variance. These results reveal a major nuclear genetic determinant of posttranscriptional modification in mitochondria and suggest that tRNA posttranscriptional modification may affect cellular energy production.

标签: 线粒体 身体健康 RNA编辑的多样性

作者：测序中国