PNAS：单细胞测序新技术揭示衰老个体中广泛存在高频的有害线粒体DNA突变

线粒体功能下降是衰老和年龄相关疾病的基础，但线粒体DNA (mtDNA)突变在这些过程中的作用仍然难以捉摸。为了研究mtDNA突变的模式，在单细胞水平上量化mtDNA突变及其相关的致病效应尤为重要。然而，现有的单细胞mtDNA测序方法由于成本高和mtDNA靶率低而效率低下。

2022年12月28日，康奈尔大学顾正龙教授（现就职于复旦大学和粤港澳大湾区精准医学研究院）团队（天津工业生物技术所郭晓贤副研究员及康奈尔大学徐伟林博士为该论文的共同第一作者）在PNAS 在线发表题为“High-frequency and functional mitochondrial DNA mutations at the single-cell level”的研究论文，该研究开发了一种具有成本效益的mtDNA靶向测序方案，称为单细胞多重探针靶向扩增测序(scSTAMP)，并通过实验验证了其可靠性。然后，该研究评估了一名76岁女性768个B淋巴细胞和768个单核细胞中的单细胞mtDNA突变。在632个mtDNA覆盖率超过>100×的B淋巴细胞和617个单核细胞中，结果表明，超过50%的细胞携带至少一种mtDNA突变，变异等位基因频率(VAFs)超过20%，B淋巴细胞和单核细胞平均携带这种突变分别为0.658和0.712。

令人惊讶的是，在两个细胞群中，超过20%的观察到的突变具有超过90%的VAFs。此外，60%以上的突变发生在蛋白质编码基因中，其中70%以上为非同义突变，50%以上的非同义突变被预测为高致病性突变。此外，约有80%的突变位点仅在单一细胞中检测出，表明高频mtDNA突变在衰老个体的细胞中广泛存在。总之，该研究结果显示，具有功能意义的mtDNA突变可能在老年时普遍存在，需要在单细胞水平上进一步研究与年龄相关的mtDNA突变动态。