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Cell子刊:線粒體是如何演化的?

日期:2016-05-20 09:13:31

 線粒體是人體細胞的“發電站”。它們提供了細胞代謝所需的能量。但是,這些“發電站”是如何進化的?它們是如何構建的呢?近期,來自德國弗萊堡大學的研究人員研究了所謂的氧化酶裝配OXA)機器,在線粒體內膜發育和細胞能源供應中所起的作用。Jan HöpkerSilke OeljeklausNikolaus PfannerSebastian StillerBettina WarscheidNils Wiedemann幾位博士及其研究小組已經證明,這種蛋白質復合物對于某些蛋白質整合到線粒體內膜,是至關重要的——這些蛋白質在細胞呼吸和其他進程中發揮作用。科學家們將這項研究結果發表在510日的《Cell Metabolism》雜志上。

 

線粒體來源于細菌,這意味著它們有自己的DNA分子,其中記錄著一些蛋白質的結構。在線粒體的細菌前體中已經存在一種OXA樣的機器,并且在進化過程中是保守的。根據線粒體的遺傳物質所產生的蛋白質,被OXA整合到線粒體內膜中。然而,99%的蛋白質的遺傳信息,被存儲在細胞核中。細胞在細胞質中產生這些蛋白質分子,隨后是TOM——“外膜移位酶”,和TIM——“內膜移位酶”將它們運輸通過外膜和內膜,進入線粒體。但是,直到現在,這些輸入的蛋白有多少也被OXA整合到內膜中,還不明確。

 

弗萊堡大學的研究人員系統地尋找了被OXA整合到線粒體內膜中的蛋白質——在它們通過TOMTIM被輸入之后。他們使用了一種叫做定量質譜測定的分析技術,來確定線粒體內膜蛋白,如果沒有OXA它們在細胞中會減少。通過追蹤放射性同位素標記蛋白質到線粒體內膜的整合,他們能夠證明,OXA對于這個過程是必要的。

 

輸入的OXA依賴性蛋白質發揮著重要功能,從細胞呼吸、金屬離子的交換和生化反應,到使代謝產物在內膜之間轉運的蛋白整合。當這些呼吸蛋白的整合或功能被阻斷時,這可能會導致線粒體相關的神經肌肉疾病或癌癥。因此,OXA依賴性的內膜蛋白整合——在進化上一直是保守的,是線粒體內膜形成和人類細胞能源供應的基礎。

 

201410月,弗吉尼亞大學研究人員開展的一項最新研究,使用新一代DNA測序技術,解碼了18種線粒體近緣細菌的基因組,表明寄生菌是給細胞供給能量的線粒體的第一代表親,在它們變成有益之前,首先充當這些細胞中的能量寄生蟲。相關研究發表在本周的《PLOS One》雜志。相關閱讀:華人學者顛覆當前的線粒體起源理論。

 

線粒體是我們細胞中的發電站,對生命至關重要。當它們遭受到來自毒物、環境壓力或遺傳突變的攻擊時,細胞會扳開這些發電站,除去受損的部件,將它們重新組裝為可用的線粒體。今年1月份,Salk研究所的科學家們揭示出,細胞以一種意外的方式觸發了對威脅產生的這一至關重要的反應,提供了有關線粒體疾病、癌癥、糖尿病和神經退行性疾病——尤其是與線粒體功能障礙相關的帕金森病等疾病的一些新見解。這項研究工作發布在115日的《科學》(Science)雜志上。

 


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