Redox Biology: Sty1/MAPK-mTOR信号轴调节线粒体的形态和功能

核糖体是介导蛋白质翻译的细胞器，蛋白质翻译是细胞内最耗能的活动之一。一般来说，真核生物核糖体由两个亚基组成，即40S和60S亚基，它们包括核糖体蛋白和rRNA。除了翻译，核糖体蛋白还在许多核糖体外功能中发挥作用，如细胞增殖、分化、凋亡和DNA损伤修复。

蛋白的故障可导致血液、代谢和心血管疾病，以及称为核糖体疾病的特定遗传疾病。由于线粒体是细胞的动力源，可以想象核糖体和线粒体的功能是协调的，以维持细胞的健康和活力。然而，核糖体和线粒体之间相互作用的分子机制和生理后果却知之甚少。

核糖体功能障碍可产生核毒性应激，从而损害蛋白质合成，影响细胞存活。为了应对核毒性应激，细胞激活了保守的丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号通路。细胞也激活MAPK信号通路以响应各种环境刺激。一旦激活，MAPK信号通路就会促进适应性反应，恢复细胞内稳态。

在哺乳动物细胞中，存在三种主要的MAPK，即ERK、JNK和p38。通常情况下，ERK1/2 MAPKs被生长因子激活，调节细胞的生长和存活。JNK和p38 MAPKs，也被称为应激激活蛋白激酶(SAPK)，可被各种环境刺激激活，包括紫外线和伽马辐射、氧化应激、渗透应激和热休克。

同样，在模式生物裂殖酵母Pombe中，存在三种类型的MAPK通路。其中，Byr1-Spk1途径是促进交配和产孢所必需的。Wis1-SPc1/Sty1通路是介导胁迫反应所必需的，在裂殖酵母中被认为是p38 MAPK通路的对应物。在裂殖酵母中，Skh1-Spm1/Pmk1通路是调节细胞壁的形态发生和完整性所必需的，被认为是ERK MAPK通路的对应物。MAPK信号是否以及如何调节线粒体功能以响应核糖体缺陷或压力仍不清楚。

图片来源：https://doi.org/10.1016/j.redox.2024.103174

近日，来自中国科技大学的研究者们在Redox Biology杂志上发表了题为“The absence of the ribosomal protein Rpl2702 elicits the MAPK-mTOR signaling to modulate mitochondrial morphology and functions”的文章，该研究揭示了核糖体蛋白Rpl2702的缺失引发MAPK-mTOR信号调节线粒体的形态和功能。

核糖体介导蛋白质合成，蛋白质合成是细胞内最耗能的活动之一，而线粒体是产生能量的主要来源之一。如何调整线粒体的形态和功能以应对核糖体缺陷，这种缺陷可能会损害蛋白质合成并影响细胞活力，人们对此知之甚少。

在本研究中，研究者使用裂解酵母Pombe作为模式生物来研究核糖体和线粒体之间的相互作用。研究者发现，由Rpl2702缺失引起的核糖体损伤激活了一条涉及Sty1/MAPK和mTOR的信号通路，从而调节线粒体的形态和功能。

Rpl2702的缺失会导致线粒体碎裂并改变线粒体功能

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具体地说，研究者证明了Sty1/MAPK以一种不依赖mTOR的方式诱导线粒体断裂，而Sty1/MAPK和mTOR都增加了线粒体膜电位和线粒体活性氧(MRO)的水平。此外，研究者还证明了Sty1/MAPK作用于Tor1/TORC2和Tor1/TORC2的上游，是激活Tor2/TORC1所必需的。

线粒体膜电位和MRO的增强促进了核糖体缺陷细胞的增殖。因此，本研究揭示了一个以前未知的Sty1/MAPK-mTOR信号轴，它调节线粒体的形态和功能，以响应核糖体的损伤，并为细胞对蛋白质合成受损的分子和生理适应提供了新的见解。

Rpl2702在调节线粒体功能中的作用的模型

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在目前的研究中，研究者揭示了一个未知的信号轴，涉及Sty1/MAPK和mTOR，调节线粒体功能以响应核糖体损伤。鉴于核糖体异常导致核糖体疾病，这是一组人类疾病，目前的工作可能为开发基于MAPK或mTORC的干预相关疾病的策略提供见解。（生物谷 Bioon.com）

参考文献:

Ling Liu et al. The absence of the ribosomal protein Rpl2702 elicits the MAPK-mTOR signaling to modulate mitochondrial morphology and functions. Redox Biol. 2024 Apr 29:73:103174. doi: 10.1016/j.redox.2024.103174.