大腦線粒體中的長壽命蛋白質(zhì)穩(wěn)定蛋白質(zhì)復(fù)合物

LA JOLLA——線粒體被稱為細(xì)胞的動力源，它產(chǎn)生能量，為我們的細(xì)胞所執(zhí)行的功能提供燃料。現(xiàn)在，索爾克研究所和加州大學(xué)圣地亞哥分校 (UCSD) 的科學(xué)家們仔細(xì)研究了線粒體如何在非分裂細(xì)胞(如神經(jīng)元)中維持，最終目標(biāo)是更好地了解如何預(yù)防或治療與年齡有關(guān)的疾病。研究人員發(fā)現(xiàn)，線粒體中的許多蛋白質(zhì)的持續(xù)時間比預(yù)期的要長得多，這種穩(wěn)定性可能會保護(hù)它們免受損害。研究結(jié)果于 2021 年 10 月 28 日發(fā)表在Developmental Cell 上。

該論文的資深作者、Salk 的高級副總裁兼首席科學(xué)官M(fèi)artin Hetzer說：“長期以來，人們一直對各種組織中的某些細(xì)胞在整個生命周期中如何維持這一問題感興趣。”“我們想了解的一件事是，由許多動態(tài)成分(如蛋白質(zhì)和生物分子)組成的生物系統(tǒng)如何能夠在如此長壽的人中保持穩(wěn)定整整一個世紀(jì)。”

Hetzer 實驗室使用遺傳方法和先進(jìn)的成像技術(shù)來研究組織在整個生命周期中是如何維持和修復(fù)的。在之前發(fā)表于 2012年的一項研究中，他的小組研究了嚙齒動物腦細(xì)胞核中的特定表面蛋白。他們發(fā)現(xiàn)其中一些蛋白質(zhì)的壽命非常長，在某些情況下，它們的壽命與動物本身一樣老。

在之前的工作基礎(chǔ)上，Salk 的 Hetzer 團(tuán)隊和加州大學(xué)圣地亞哥分校的同事合作，仔細(xì)研究了小鼠腦細(xì)胞中的線粒體。他們選擇線粒體是因為——就像細(xì)胞核一樣——這些細(xì)胞器(細(xì)胞結(jié)構(gòu))保持穩(wěn)定以維持適當(dāng)?shù)募?xì)胞功能很重要。此外，與細(xì)胞核一樣，線粒體也含有遺傳物質(zhì)。Hetzer 說，在線粒體周圍建立一個穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)來保護(hù)它們的 DNA 是有道理的。

在線粒體內(nèi)，研究人員決定專注于作為電子傳遞鏈一部分的蛋白質(zhì)，這對線粒體的主要功能——產(chǎn)生能量至關(guān)重要。研究人員用穩(wěn)定但不尋常的同位素標(biāo)記蛋白質(zhì)，這些同位素會隨著時間的推移而降解。該技術(shù)類似于碳測年，考古學(xué)家使用碳測年來確定曾經(jīng)存在過的生物體的材料年齡。

“我們驚訝地發(fā)現(xiàn)，一些線粒體蛋白質(zhì)仍然非常穩(wěn)定，而且比大多數(shù)蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)換速度要慢得多，”第一作者、Hetzer 實驗室的科學(xué)家 Shefali Krishna 說。

為了更多地了解為什么這些長壽的線粒體蛋白質(zhì)會持續(xù)這么長時間，他們研究了如果耗盡蛋白質(zhì)的 mRNA 會發(fā)生什么，其中包含制造更多蛋白質(zhì)的指令。Krishna 解釋說，研究小組發(fā)現(xiàn)，即使去除了 mRNA，這些蛋白質(zhì)仍會在細(xì)胞中保留很長時間，并且能夠維持線粒體功能。這與去除短壽命蛋白質(zhì)的 mRNA 形成對比，其中蛋白質(zhì)迅速耗盡。

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