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CNS高產學者Cell:線粒體代謝物測量新法

日期:2016-09-05 09:19:48

 最近,Whitehead研究所的科學家們開發出一種方法,可快速分離和系統地測量線粒體(被稱為細胞的“動力室”)內的代謝物濃度。之前嘗試這種測量,得到的結果不可靠,要么分離線粒體的時間太長,要么來自其他細胞成分的內容物污染了線粒體代謝物。相關研究結果發表在825日的《Cell》雜志。

 

領導這一研究的是Whitehead研究所成員、霍華德休斯醫學研究所研究員、麻省理工學院(MIT)教授David Sabatini。這位科學家每年發表論文的數量大約為20篇,其中NatureScienceCell文章約為2篇左右。2015SabatiniCNS上發表的論文幾乎達到“刷屏”的程度,總數居然有10篇之多。

 

David Sabatini稱:“這種新方法的優點在于,它將速度和特異性結合起來。我們對在體內和其他細胞器(如溶酶體)中應用這一流程而感到很興奮。”

 

通過精確控制的化學反應,線粒體以ATP的形式產生能量,并在細胞內穩態中發揮著重要的作用。線粒體功能障礙存在于一些疾病中,包括帕金森氏病、心血管疾病和線粒體疾病。到現在為止,探究這些重要細胞器的內部代謝運作,一直是具有挑戰性的和不準確的。

 

分析線粒體代謝產物的常規方法,涉及使用幾輪的離心來純化線粒體,這個過程需要進行一個多小時來完成。據David Sabatini實驗室的研究生Walter Chen介紹,在研究代謝產物時,時間是一個重要的問題。

 

Chen說:“即使你使樣品保持在4攝氏度或0攝氏度,以減緩任何反應,你得到的線粒體代謝曲線仍然逐漸失真,因為酶仍然在起作用,所以轉運蛋白也在起作用。隨著時間的推移,線粒體在細胞外變得越來越不快樂了。”

 

另一種常用來分析線粒體代謝產物的方法,依賴于簡化的離心分離,來分離線粒體。雖然更快,但是這個流程也帶來了非線粒體物質和其他細胞器,因此由于來自其他線粒體的代謝產物,使得真正的線粒體信號失真。

 

為了減少分離線粒體需要的時間,同時增加代謝物分析的精度,Chen采取了一種完全不同的方法——快速純化。他將線粒體的外部涂上表位標簽,并添加了覆蓋有標簽特異性抗體的的微珠。通過鎖定這些標簽,抗體將線粒體連接到微珠上,從而使Chen能夠容易地分離線粒體,打破線粒體,并在10分鐘內停止所有的酶活性。根據他的分析,這種更快的方法所產生的結果,能夠更好地反映一個活細胞內實際的線粒體代謝水平。

 

Chen指出:“根據目前為止我們的數據顯示,用這種方法分析線粒體,絕對會帶給你更大的分辨率,超過傳統方法分析整個細胞所獲得的分辨率。我認為這將是相當強大的,這正是我最興奮的地方。我已經看到,這可能給人們指出了新的和有趣的方向。”

 

Chen說,該方法是非常靈活的,可以適用于分析其他細胞器的代謝產物,并能夠把受線粒體功能障礙影響的細胞(如受帕金森氏病損壞的神經元)內的線粒體,與似乎不受疾病影響的正常細胞或其他類型的細胞進行比較。

 


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