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线粒体膜融合研究取得进展

来源:生物物理所 2017-12-05 13:04

 

近日,中国科学院生物物理研究所胡俊杰课题组的研究成果,以Sequences flanking the transmembrane segments facilitate mitochondrial localization and membrane fusion by mitofusin为题,在线发表在PNAS上。该研究发现线粒体融合素MFN1是一个能自主介导融合的蛋白,并揭示MFN1靶向定位到线粒体外膜的重要元件,以及MFN1蛋白C端的一段双亲性螺旋对其融合功能起重要作用,为同源膜融合的机制研究提供了新见解。

线粒体是由双层膜包裹的细胞器,在哺乳动物细胞中呈现分散的网络状结构,为细胞的生命活动提供重要场所。线粒体的形态和功能密切相关,需要持续的融合和分裂以维持其形态和功能。介导线粒体融合和分裂的蛋白主要来自于dynamin家族,拥有GTP酶活性。在哺乳动物细胞中介导线粒体外膜融合的蛋白是Mitofusin(MFN),已鉴定出的是MFN1和MFN2。在细胞中这两个基因的单独缺失都会使线粒体破碎,在小鼠中敲除MFN1或MFN2均会使胚胎致死。MFN2的基因突变会导致神经退行性疾病-腓骨肌萎缩症(CMT2A)。然而,由于全长MFN蛋白纯化和重组难度较大,它们介导同源膜融合的机制仍不清楚。

胡俊杰课题组根据二级结构预测,发现MFN1和介导内质网膜融合的Atlastin(ATL)具有非常相似的结构膜序,都有位于胞浆段的N端GTP酶结构域、螺旋束结构域、穿膜区和C端的一段胞浆段尾巴。由于ATL1 介导膜融合的机制已研究的较为清楚,该课题组构建了一系列MFN1和ATL1的嵌合体蛋白来研究MFN的功能。通过二者的穿膜区互换,MFN可以定位到内质网上,并介导内质网膜融合。此外,研究人员利用一系列体外实验和MFN1敲除的MEF细胞的回补实验,以及脂蛋白的的融合实验证明了MFN1 C端一段双亲性螺旋对于MFN1的定位和融合功能起重要作用,位于穿膜区N端的一段双亲性螺旋也对MFN1的线粒体定位起重要作用。

该研究揭示了MFN1蛋白每个结构域对于其功能的必不可少的重要性,以及C端的双亲性螺旋在该蛋白融合过程中发挥的重要作用。同时,该机制同样适用于MFN2及其在酵母中的同源蛋白。

研究工作得到国家自然科学基金,国家重点研发计划和霍华德休斯医学研究所(HHMI)国际青年科学家基金的支持。 (生物谷Bioon.com)

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