研究揭示線粒體在壓力下如何尋求幫助

最初，高等細(xì)胞的動(dòng)力源線粒體是獨(dú)立的生物體。法蘭克福歌德大學(xué)的研究人員以線粒體應(yīng)激反應(yīng)為例，研究了它們的新陳代謝在進(jìn)化過程中與宿主細(xì)胞的新陳代謝混合的程度。他們發(fā)現(xiàn)線粒體發(fā)出兩種不同的生化信號(hào)。這些在細(xì)胞中一起處理并觸發(fā)支持機(jī)制以恢復(fù)細(xì)胞平衡(穩(wěn)態(tài))。這項(xiàng)工作的一部分是在法蘭克福歌德大學(xué)的 ENABLE 集群計(jì)劃(現(xiàn)為 EMTHERA)內(nèi)完成的。

隨著生命以最廣泛的單細(xì)胞生物體的形式在地球上傳播，在 3.5 到 10 億年前的某個(gè)時(shí)候，一種這樣的生物體實(shí)現(xiàn)了一場進(jìn)化政變：它沒有吞噬和消化細(xì)菌，而是將獵物封裝起來，并將其用作能量之源。作為宿主細(xì)胞，它提供保護(hù)和營養(yǎng)作為回報(bào)。這被稱為內(nèi)共生理論，根據(jù)該理論，單細(xì)胞生物是所有高等細(xì)胞的原始母親，所有動(dòng)物、真菌和植物都是由這些細(xì)胞發(fā)展而來的。經(jīng)過數(shù)十億年的時(shí)間，封裝的細(xì)菌成為細(xì)胞的動(dòng)力源——線粒體，為細(xì)胞提供細(xì)胞能量貨幣 ATP。它失去了大部分遺傳物質(zhì)——DNA——并與母細(xì)胞交換了更小的DNA片段。然而，

法蘭克福歌德大學(xué) Christian Münch 博士領(lǐng)導(dǎo)的研究小組正在研究當(dāng)今人類細(xì)胞中細(xì)胞和線粒體協(xié)同工作的緊密程度。他們現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)線粒體在面臨壓力時(shí)如何向細(xì)胞尋求幫助。例如，這種壓力的觸發(fā)因素可能是感染、炎癥性疾病或遺傳性疾病，也可能是營養(yǎng)缺乏或細(xì)胞毒素。

某種類型的線粒體應(yīng)激是由錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)引起的，這些蛋白質(zhì)不能快速降解并在線粒體中積累。對(duì)于線粒體和細(xì)胞來說，后果都是巨大的：例如，錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)可能會(huì)破壞能量產(chǎn)生或?qū)е滦纬纱罅炕钚匝趸衔铮瑥亩艟€粒體 DNA 并產(chǎn)生更多錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)。此外，錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)會(huì)破壞線粒體膜的穩(wěn)定性，從線粒體中釋放信號(hào)物質(zhì)，激活細(xì)胞凋亡(細(xì)胞的自我毀滅程序)。

線粒體通過產(chǎn)生更多的伴侶(折疊助手)來折疊蛋白質(zhì)以減少錯(cuò)誤折疊，以及降解錯(cuò)誤折疊蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)粉碎單元來應(yīng)對(duì)壓力。到目前為止，細(xì)胞如何觸發(fā)這種保護(hù)機(jī)制尚不清楚。

法蘭克福歌德大學(xué)的研究人員人為地引發(fā)了培養(yǎng)的人類細(xì)胞線粒體中的錯(cuò)誤折疊應(yīng)激，并分析了結(jié)果。身為生物化學(xué)家的 Münch 解釋說：“難以解開此類信號(hào)傳導(dǎo)過程的原因是，細(xì)胞中同時(shí)高速發(fā)生的信號(hào)數(shù)量令人難以置信。”因此，研究小組利用了可用于測量基因轉(zhuǎn)錄程度隨時(shí)間變化的方法(轉(zhuǎn)錄組分析)。此外，研究人員還觀察了哪些蛋白質(zhì)在哪個(gè)時(shí)間點(diǎn)彼此結(jié)合、細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的濃度以哪個(gè)時(shí)間間隔發(fā)生變化，以及當(dāng)單個(gè)蛋白質(zhì)被系統(tǒng)性失活時(shí)會(huì)產(chǎn)生什么影響。

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