人類基因組的大部分位于細(xì)胞核內(nèi)。然而,，有一小部分但是很重要的DNA位于線粒體內(nèi),。過去的幾年里，這種線粒體DNA(mtDNA)因其可追蹤祖先,、線粒體疾病和三親試管嬰兒而備受關(guān)注,。線粒體DNA的獨特性質(zhì)意味著，它有不同的調(diào)節(jié)機制,。

最近,，由美國羅文大學(xué)Dmitry Temiakov進(jìn)行的一項新研究首次提供證據(jù)表明，mtDNA轉(zhuǎn)錄和復(fù)制是由一個分子開關(guān)所調(diào)控,，從而為胚胎發(fā)育和精子發(fā)生這樣的發(fā)育過程提供了深刻的見解,。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在最近的《Science》雜志。線粒體DNA,，不同于核DNA,，在同一地點進(jìn)行轉(zhuǎn)錄和復(fù)制。用來讀取線粒體RNA(mtRNA)鏈的轉(zhuǎn)錄蛋白,，是由mtDNA制成,，不同于復(fù)制過程中所用的轉(zhuǎn)錄蛋白，但是發(fā)生在相同的時間和空間,，這可能會導(dǎo)致基因表達(dá)過程中的沖突以及隨后的問題,。

Temiakov的研究小組想知道， TEFM——一個線粒體轉(zhuǎn)錄延伸因子,，已被證明可逐步增強無啟動子DNA的轉(zhuǎn)錄活性——是否也在線粒體轉(zhuǎn)錄和復(fù)制中發(fā)揮作用,。線粒體轉(zhuǎn)錄發(fā)生在兩個位置，輕鏈啟動子和重鏈啟動子,。之前的研究已經(jīng)表明,，在輕鏈啟動子之前大約120個堿基對，轉(zhuǎn)錄提早終止,，在大多數(shù)脊椎動物mtDNA的一個區(qū)域,，稱為CSBII，或保守序列塊II。與新生RNA和DNA非模板鏈一起形成一種混合復(fù)合體,。這種復(fù)合體在重鏈復(fù)制引物的原點附近形成,，將復(fù)制重鏈上三分之二的mtDNA。它可在輕鏈原點附近停止,。單個輕鏈形成一種發(fā)夾結(jié)構(gòu),，被線粒體RNA聚合酶識別為開始復(fù)制輕鏈的信號。

Temiakov的研究小組指出,，當(dāng)存在TEFM時，線粒體DNA聚合酶不會在CSBII停止,，如同它通常在人類mtDNA轉(zhuǎn)錄中所做的,，但是會繼續(xù)轉(zhuǎn)錄通過CSBII部分。因為TEFM可阻止轉(zhuǎn)錄終止,，它也可以防止用于復(fù)制的mtDNA聚合酶引物的合成,。這一發(fā)現(xiàn)提供了TEFM調(diào)節(jié)人線粒體DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的幾個線索之一。雖然進(jìn)行了這項研究,，但是該研究小組無意中發(fā)現(xiàn),，因為他們的參考基因組在CSBII區(qū)罕有多態(tài)性，他們觀察到的轉(zhuǎn)錄終止機制的功效有所降低,。他們認(rèn)為,，多態(tài)性會破壞G-四鏈體的形成，這種G-四鏈體參與了CSBII機制,。對“G-四鏈體如何參與TEFM機制”的進(jìn)一步研究表明,，TEFM與新生RNA轉(zhuǎn)錄本的特定部分相互作用。

Temiakov研究小組認(rèn)為,，TEFM可干擾G-四鏈體的形成,，從而導(dǎo)致不能形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)。反過來,，這不會給mtRNA聚合酶發(fā)出開始復(fù)制的信號,。進(jìn)一步的研究表明，TEFM可影響mtRNA聚合酶能產(chǎn)生多長的轉(zhuǎn)錄本,。沒有TEFM,，就會形成較短的轉(zhuǎn)錄本，在CSBII區(qū)域終止,。TEFM可增加mtRNA聚合酶的持續(xù)合成能力,。Temiakov認(rèn)為，TEFM作為一個開關(guān),，可以“打開”轉(zhuǎn)錄,，從而使其更有效，或者它“打開”復(fù)制。這項研究表明,，在人類線粒體基因組中,，復(fù)制和轉(zhuǎn)錄很可能是互相排斥的過程，從而阻礙了“轉(zhuǎn)錄和復(fù)制過程將發(fā)生沖突”這種可能性的發(fā)生,。此外,，該開關(guān)可能是發(fā)育過程的一個重要因素，在這個過程中mtDNA轉(zhuǎn)錄發(fā)生,，但不會復(fù)制,。