Science：线粒体自发“串珠”，竟是为了排好DNA！

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Science：线粒体自发“串珠”，竟是为了排好DNA！
% y! W: I. N, ^来源：iNature 2026-04-06 11:10
$ w/ h/ Q' p/ c% w3 u$ c, V该研究发现线粒体经常经历一种可逆的生物物理不稳定现象，称为“串珠化（pearling）”，从管状形态转变为排列规则的串珠样形态。& ?1 P: q0 J+ E2 g
线粒体 DNA 所含拟核（nucleoids）（线粒体拟核是线粒体DNA（mtDNA）与其结合蛋白形成的复合物，负责mtDNA的包装和空间分布）的分布对于线粒体的功能和基因组的遗传至关重要；然而，目前尚无已知机制能够解释拟核的分离或其规律的排列方式。, B9 T" I) I0 _" }, f0 s0 _
2026年4月2日，瑞士洛桑联邦理工学院Suliana Manley团队在Science 在线发表题为“Pearling drives mitochondrial DNA nucleoid distribution”的研究论文，该研究发现线粒体经常经历一种可逆的生物物理不稳定现象，称为“串珠化（pearling）”，从管状形态转变为排列规则的串珠样形态。0 {8 K, V5 e' O1 P" v1 c
生理性的串珠化确立了一个特征性的长度尺度，并同时促进了拟核的解聚，并以高精度建立了拟核之间的距离。串珠化的启动是由钙内流触发的，而层状嵴凹陷的密度调节了串珠化的发生频率，并在恢复后维持了拟核之间的间距。线粒体钙内流的失调或内膜嵴完整性的破坏会导致拟核聚集异常。总之，该研究结果表明，串珠化是控制拟核分布和遗传的机制，并为它的调节提供了见解。
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线粒体拥有自身独立复制的基因组——线粒体 DNA（mtDNA），这被认为是其内共生起源的遗留产物。在人类中，mtDNA 负责编码氧化磷酸化系统的 13 个核心亚基以及其表达所需的 RNA。因此，mtDNA 的完整性和拷贝数的维持对于线粒体功能和细胞健康至关重要，其破坏会导致一系列代谢和神经疾病。每个有核的人类细胞包含数百到数千个 mtDNA 副本，压缩成拟核（nucleoids ），并受到内膜嵴凹陷的局部限制。
' W* l1 _2 E3 e& G9 l; \均匀的间距使得子细胞在分裂过程中能够精确地继承线粒体 DNA，并且能够使基因在线粒体中均匀表达。然而，尚未发现任何分子机制能够分离拟核或建立并维持其均匀间距。线粒体动态过程中的缺陷会破坏拟核的稳态，但在酵母中没有分裂和融合过程，或者在人类中没有分裂和膜连接的情况下，线粒体仍能保持核体的均匀分布。
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文章模式图（图源自Science ）
7 ?5 j: B0 U$ u9 \$ d# h1 S与Plateau-Rayleigh不稳定现象类似，是由弹性与表面张力之间的竞争所驱动的。线粒体串珠样现象会引发形状转变，从细管状结构转变为“串珠状”。这种同时出现且间隔规律的收缩现象已被一些文献描述过，并被报道为分裂的启动步骤。! O/ P. W5 g1 d. I/ Q, v
该研究表明，线粒体串珠样现象是真核生物线粒体动态过程中的一种快速、频繁且通常可逆的生理事件。在本研究中，研究人员结合了超分辨率、无标记以及电子显微镜方法，以及对钙内流、嵴形态、膜连接和线粒体分裂的药理学和遗传学调节，以阐明串珠样现象在重新分配线粒体 DNA 副本以及建立长期未解的拟核间规律间距方面所起的潜在功能作用。
* H; I3 {1 P' E) S, \参考消息：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adu5646
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