Cell Reports：张传茂团队揭示以能量供给为手段的细胞周期调控新机制
来源：生物探索 2024-10-07 10:21
这项工作报道了全新的有丝分裂期特异性ERMCS，揭示了LBR处于有丝分裂期的全新功能，为以能量供给为手段的细胞周期调控机制提供了新的见解。
有丝分裂是细胞周期的关键一环，受到了严格的调控，被认为是高能量需求的一个时期【1】。线粒体对钙离子的摄入可以促进线粒体ATP的瞬时生成，对细胞内能量供给具有重大意义【2】。线粒体对于钙离子的摄入依赖于内质网-线粒体互作位点（ERMCS）。ERMCS是由一些绳索蛋白和线粒体、内质网的外膜蛋白组成的稳定结构，在钙离子传输、脂质合成和线粒体分裂融合等方面发挥着重要的作用【3,4】。当细胞进入有丝分裂期，线粒体和内质网都存在着巨大的变化【5】，这一时期的ERMCS并未被广泛报道。同时，有丝分裂期增长的能量需求是如何供给的也还不清楚。
2024年9月28日，北京大学/昆明理工大学张传茂课题组在Cell Reports杂志上在线发表了题为Mitotic ER-mitochondria contact enhances mitochondrial Ca2+ influx to promote cell division的研究论文。该研究阐明了LBR作为绳索蛋白，在分裂期与VDAC2和IP3R结合，建立起有丝分裂期特异的ERMCS的机制，揭示了LBR介导的ERMCS通过钙流飙升以促进ATP生成，进一步促进了有丝分裂中期到后期转变的机制。
研究发现分裂期细胞拥有更高的ATP水平，并与两次线粒体钙离子摄入事件相耦合。其中第二次钙离子摄入主要发生于有丝分裂中期，量大而快，形成钙流飙升，对于细胞周期进程十分关键。阻断钙流飙升会增加有丝分裂中期到后期的用时。有丝分裂期大量增加的ERMCS为钙流飙升提供了物理基础，同时使得有丝分裂期的线粒体拥有更强的钙离子摄入能力。通过对与线粒体相关的内质网膜组分的分离和质谱鉴定，我们发现Lamin B Receptor (LBR)对于有丝分裂期ERMCS的增加起到了关键作用。LBR是一个保守的核膜蛋白，在间期定位于内层核膜；随着核膜崩解，有丝分裂期的LBR融入到内质网上，从面向核质转变为面向胞质，增加了与线粒体互作的可能性【6】。
LBR通过跨膜段与VDAC2互作，同时与IP3R互作，建立起有丝分裂期特异性的ERMCS。LBR的缺失导致有丝分裂期ERMCS的数量和线粒体生成的能量减少，但在间期没有变化。LBR的缺失也进一步影响到了细胞周期的进程，延滞了中期到后期的转变。这项工作报道了全新的有丝分裂期特异性ERMCS，揭示了LBR处于有丝分裂期的全新功能，为以能量供给为手段的细胞周期调控机制提供了新的见解。
模式图（Credit: Cell Reports）
参考文献：
1. Salazar-Roa, M., and Malumbres, M. (2017). Fueling the Cell Division Cycle. Trends in Cell Biology 27, 69-81. 10.1016/j.tcb.2016.08.009.
2. Zhao, H.X., Li, T., Wang, K., Zhao, F., Chen, J.Y., Xu, G., Zhao, J., Li, T., Chen, L., Li, L., et al. (2019). AMPK-mediated activation of MCU stimulates mitochondrial Ca2+ entry to promote mitotic progression. Nature Cell Biology 21, 476-+. 10.1038/s41556-019-0296-3.
3. Prinz, W.A., Toulmay, A., and Balla, T. (2020). The functional universe of membrane contact sites. Nature Reviews Molecular Cell Biology 21, 7-24. 10.1038/s41580-019-0180-9.
4. Rowland, A.A., and Voeltz, G.K. (2012). Endoplasmic reticulum-mitochondria contacts: function of the junction. Nature Reviews Molecular Cell Biology 13, 607-615. 10.1038/nrm3440.
5. Champion, L., Linder, M.I., and Kutay, U. (2017). Cellular Reorganization during Mitotic Entry. Trends in Cell Biology 27, 26-41. 10.1016/j.tcb.2016.07.004.
6. Ma, Y., Cai, S., Lv, Q.L., Jiang, Q., Zhang, Q., Sodmergen, Zhai, Z.H., and Zhang, C.M. (2007). Lamin B receptor plays a role in stimulating nuclear envelope production and targeting membrane vesicles to chromatin during nuclear envelope assembly through direct interaction with importin β. Journal of Cell Science 120, 520-530. 10.1242/jcs.03355.
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