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多篇文章聚焦线粒体重要研究成果!

来源:本站原创 2020-02-23 23:31

本文中,小编整理了多篇重要研究成果,共同解读科学家们在线粒体研究领域取得的新进展,分享给大家!

图片来源:CC0 Public Domain

【1】Nat Genet:揭秘线粒体基因组奥秘 或有望帮助开发多种癌症新型疗法

doi:10.1038/s41588-019-0557-x

近日,一项刊登在国际杂志Nature Genetics上的研究报告中,来自德克萨斯大学安德森癌症中心等机构的科学家们对细胞的能量工程—线粒体进行了深入研究,由于线粒体在肿瘤发生中扮演着关键角色,因此深入研究线粒体的基因组对于揭示肿瘤发生机制及开发新型疗法至关重要。

研究者Han Liang表示,这项研究为将线粒体生物学研究转化到临床应用中奠定了基础,我们的分析提供了线粒体基因组最确定的突变蓝图,并确定了多个高度突变的状况,这种截断突变(truncated mutations)在肾脏癌症、结直肠癌和甲状腺癌中会明显富集,这就提示,激活特殊的信号通路或会带来致癌影响。

【2】Science:新研究揭示VDAC蛋白寡聚体促进线粒体DNA释放和自身免疫反应

doi:10.1126/science.aav4011

免疫系统利用它的线粒体自我刺激针对感染的先天性反应和适应性反应。活性氧(ROS)、具有免疫原性的线粒体DNA (mtDNA)甚至整个线粒体都在一个微妙的平衡中局部动员起来,从而产生炎性作用的热点。当这些过程的正常限制性反馈受到破坏时,有害的自身免疫反应常常就会出现。

免疫系统不正常的一个常见迹象是血液中存在抗线粒体抗体(antimitochondrial antibody, AMA)。比如,在系统性红斑狼疮(SLE)中,可以发现靶向多个线粒体区室的AMA。一些AMA靶向通常在线粒体外膜中发现的蛋白,而另一些AMA靶向mtDNA。由此自然产生的一个问题是鉴于mtDNA在正常情形下位于线粒体基质内部,那么免疫系统如何发现从线粒体中释放出来的mtDNA。

针对这个问题,来自美国国家心肺血液研究所等研究机构的研究人员在一项新的研究中发现释放出来的mtDNA可以导致狼疮。简而言之,当线粒体以多种方式遭受应激时,mtDNA会断裂成碎片,然后与线粒体外膜中的电压依赖性阴离子通道(VDAC)结合。这导致多个VDAC单体聚集在一起并在它们的中间形成一个间孔(meta-pore),mtDNA可以通过该间孔逸出。一旦进入细胞质,各种非特异性传感蛋白,包括针对单链DNA的Toll受体和针对双链DNA的GAS-STING途径,就会触发成熟的I型干扰素(IFN)反应,相关研究结果近期发表在Science期刊上。

【3】Cell Rep:线粒体关键元件调控肌肉功能

doi:10.1016/j.celrep.2019.09.063

剧烈的活动(例如马拉松)会使我们的肌肉变得疲劳,酸痛甚至受损。随着时间的流逝,我们的肌肉纤维会通过复杂的细胞过程得到自我修复。最近,托马斯·杰斐逊大学的MitoCare中心与华盛顿儿童国家卫生系统遗传医学研究中心合作进行的新研究已经确定,线粒体中的蛋白质MICU1是所有细胞的“动力源”,它在维持肌肉大小和功能以及修复受损的肌肉纤维方面如何发挥关键作用。这些发现指出了MICU1在神经肌肉疾病中的潜在作用,该研究发表在近日的Cell Reports杂志上。

我们肌肉的收缩和松弛取决于每条肌肉纤维中钙离子的平衡。这些钙中的一部分被线粒体吸收,用于促进新陈代谢并产生能量,而蛋白质MICU1充当线粒体中钙摄取的主要调节剂。研究者表示,通过MICU1控制钙的运输有助于协调肌肉纤维及其内部的线粒体的功能。这种连接的中断会阻止线粒体与肌肉之间的正常交流,从而使肌肉更容易受到损害,无法施加太大的压力。

【4】Mol Cell:细胞如何保护自身免于线粒体缺陷?

doi:10.1016/j.molcel.2019.09.026

细胞需要线粒体来利用食物中储存的能量,线粒体维持功能所需要的大部分蛋白质都是在细胞核中被编码的,并且当这些蛋白质在胞质中被合成后运输到线粒体中,而特殊的信号序列能促进蛋白质进入到线粒体中,一旦蛋白质抵达线粒体,信号序列就会被移除,目前研究人员并不清楚移除信号序列的重要性,同时他们也不清楚为何该环节出现错误会引发一系列疾病,比如心脏或大脑疾病等。

近日,一项刊登在国际杂志Molecular Cell上的研究报告中,来自德国弗莱堡大学等机构的科学家们通过研究发现,移除信号序列过程如果发生错误就会引发蛋白质的积累,从而使其在线粒体中不断积累,蛋白质在线粒体中的积累会促进线粒体停止工作,然而所有细胞都需要线粒体的活性来维持生存。

【5】Nature:揭示线粒体质量控制缺陷可导致心脏病

doi:10.1038/s41586-019-1667-4

一个编码腺嘌呤核苷酸转运蛋白(adenine nucleotide translocator, ANT)的基因中的突变会导致很多疾病,比如心脏病和眼肌无力,但是这些突变如何引发疾病的内在机制尚不清楚。如今,在一项新的研究中,来自美国宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的研究人员揭示了ANT的令人惊讶的新功能:ANT对于一种称为线粒体自噬(mitophagy)---通过清除受损的线粒体,有助于确保线粒体网络的完整性---的质量控制过程至关重要,并且发现导致这种质量控制系统出现缺陷的ANT突变最终会导致心脏病,相关研究结果近期发表在Nature期刊上。

ANT是一种众所周知的蛋白,有助于线粒体产生驱动体内细胞正常运作所需的化学能,即三磷酸腺苷(ATP)。尽管已知ANT基因突变会引起疾病,包括心肌病(一种使人的心脏更难将血液泵送到身体其他部位的疾病),但是已有研究表明这些突变不会影响ANT产生化学能的能力,这引发了有关人们将如何患病的问题。

图片来源:CC0 Public Domain

【6】Nat Metabol:最新研究挑战科学家们对机体过早衰老的理解 线粒体DNA功能紊乱或会加速衰老过程

doi:10.1038/s42255-019-0120-1

近日,一项刊登在国际杂志Nature Metabolism上的研究报告中,来自东芬兰大学的科学家们通过研究发现,线粒体DNA功能的紊乱或会以不同于此前想象中的方式来加速机体的衰老过程;机体衰老速度的加快或许是细胞中异常核苷酸水平和受损细胞核DNA的维持导致的结果。

线粒体是细胞中小型的细胞器,其拥有自己的DNA-线粒体DNA(mtDNA),在近乎半个世纪的时间里,线粒体DNA突变和氧化性压力一直被认为是引发机体衰老的主要因素,这是上世纪70年代发表的《线粒体衰老理论》中提出的假设,这种理论已经在mtDNA突变的小鼠机体中进行了测试,这类小鼠机体中存在不活跃的DNA修饰机制,这些小鼠能够积累mtDNA突变并表现出衰老加速的现象,这就使得科学家们相信mtDNA突变会导致衰老的发生;然而尽管几个研究小组进行了非常认真的研究,但没有人能够证明突变小鼠会出现氧化性压力升高的表现。

【7】Ebiomedicine:线粒体调节因子或为癌症治疗新靶点

doi:10.1016/j.ebiom.2019.09.017

最近,来自Wistar研究所的研究人员发现了线粒体裂变因子(MFF)在控制癌细胞存活中的作用,表明该蛋白可能代表了有希望的治疗靶标。他们还发现,MFF的表达受到Myc的调控。这些结果在线发表在EBioMedicine杂志上。

线粒体是向我们的细胞提供能量的细胞器,它还控制多种细胞死亡机制,并在癌症中扮演着复杂的角色。此外,线粒体动力学能够协调细胞内线粒体大小,形状和位置,进而影响肿瘤的进展,但是直到现在,其机制还没有得到完整的阐明。研究者表示,线粒体功能的重编程对于癌症的发展和转移至关重要。我们的发现揭示了这一过程中的新参与者和新途径,为选择性消除患者肿瘤细胞打开了具体的治疗机会。”

【8】Nature:在线粒体中鉴定出一种ATP敏感性的钾离子通道

doi:10.1038/s41586-019-1498-3

线粒体是一种特殊的细胞器,这是因为它们具有自己的DNA,称为线粒体DNA(mtDNA)。与存在于细胞核中的更大的DNA集合(基因组)不同的是,mtDNA仅通过母体的卵细胞进行传递。mtDNA也比细胞核DNA更容易在它的DNA代码中产生随机变化或突变,这些变化或变异随着人的年龄增长而增加,不过,这种情形也会在生殖细胞的发育过程中发生,从而导致遗传性疾病。在美国儿童中,这些遗传性疾病的发病率大约为1/4300。

线粒体是我们细胞的能量工厂。每天,人类需要身体产生ATP来为所有细胞活动提供能量。神经冲动、肌肉收缩、DNA复制和蛋白合成仅是依赖于ATP供应的至关重要的过程的一些例子。线粒体以ATP的形式为内源性反应提供化学能,它们的活性必须满足细胞能量需求,但是将这种细胞器性能与ATP水平相关联在一起的机制却知之甚少。在一项新的研究中,来自意大利帕多瓦大学的研究人员证实一种存在于线粒体中的蛋白复合物介导ATP依赖性钾电流,这种蛋白复合物称为mitoKATP,相关研究结果近期发表在Nature期刊上。

【9】Nature:线粒体裂殖需要蛋白DRP1,但不需要动力蛋白

doi:10.1038/s41586-019-1296-y

线粒体裂变(mitochondrial fission,有时也译作线粒体分裂)是维持线粒体网络所必需的,并且依赖于一种称为动力蛋白相关蛋白1(dynamin-relatedprotein 1, DRP1,也称为DNM1L)的GTP酶。DRP1形成螺旋寡聚体,包裹线粒体外膜并将其分裂。最近,有人提出DRP1不足以进行线粒体裂变,另一种称为动力蛋白-2(dynamin-2, DNM2, 也称为DYN2)的GTP酶是线粒体分裂复合物的重要组成部分。

在一项新的研究中,来自德国哥廷根大学医学中心的研究人员报道缺乏所有三种哺乳动物动力蛋白(DNM1、DNM2和DNM3)的小鼠成纤维细胞(下称动力蛋白三重敲除细胞)以及仅敲降DNM2的细胞既没有表现出线粒体裂变或过度融合缺陷,但是敲降DRP1可很容易检测到这些缺陷,即便在动力蛋白三重敲除细胞中,也是如此,相关研究结果发表在Nature期刊上。

【10】Nature:线粒体代谢在T细胞中发挥重要作用

doi:10.1038/s41586-019-1311-3

是什么让健康的细胞发生变化,变得功能失调到引发疾病的程度?在一项新的研究中,来自美国耶鲁大学的研究人员发现除了调节细胞的基因受到破坏之外,细胞不良行为中还有一个涉及代谢的因素,相关研究结果发表在Nature期刊上。

这些研究人员研究了线粒体的代谢,其中线粒体是细胞中将营养物转化为能量的特殊结构。他们使用了包括CRISPR基因编辑和基因测序在内的多种技术来探究T细胞---决定着身体对特定威胁作出反应的免疫细胞---的生化特性和行为。(生物谷Bioon.com)

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