Science子刊& Nature两篇文章解读线粒体进行呼吸的分子机制！

2020年9月29日 讯 /生物谷BIOON/ --细胞中微小的线粒体在呼吸过程中会将氧气和营养物质转化为可用的能量，这一过程称之为细胞呼吸，其能为机体提供源源不断的能量，尽管该过程非常重要，但截至到目前研究人员对其是如何发生的更细微的细节并不是非常清除，而一个长期存在的谜团就是一种称之为烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)的分子，其在细胞呼吸和代谢过程中扮演着非常重要的角色，同时能够进入人类和其它动物细胞中的线粒体发挥作用，线粒体能利用NAD来产生ATP分子，研究人员知道将NAD从更广泛的细胞运输到酵母和植物的线粒体的分子身份，但他们并未发现动物的等价物，实际上对于是否存在这样的分子，或者动物细胞中是否会完全使用其它方法，目前科学界还存在一定争议。

近日，一项刊登在国际杂志Science Advances上的研究报告中，来自怀特黑德研究所等机构的科学家们就通过研究发现，缺失的人类NAD转运体或许很可能是名为MCART1的蛋白质，这一发现不仅回答了关于重要细胞过程的一个长期存在的问题，而且还可能有助于后期科学家们开展机体衰老和涉及特定线粒体异常疾病的相关研究，在细胞衰老过程中，NAD的水平会发生下降，对于这些疾病而言，NAD转运体发生破坏的细胞或许就是很好的实验研究模型。

图片来源：Steven Lee/Whitehead Institute

研究者Kory表示，我发现，线粒体在细胞代谢过程中扮演着非常重要的角色，而新陈代谢在机体健康和疾病发生过程中也扮演着关键的角色，但我们仍然并不清楚所有相关分子是如何进出线粒体的，这项研究或许就能帮助我们填补这一空白。研究人员并不是为了寻找存在已久的运输分子，相反，他们想通过绘制所参与的基因图谱来更好地理解线粒体的呼吸作用，如今研究人员正在比较基因的特性，即两个基因的共同本质程度越高，其就越有可能参与到了同一个细胞过程中，最后研究人员发现了一种名为MCART1的基因，其也被称为SLC25A51，该基因与参与线粒体呼吸的其它基因存在高度相关性，其属于能编码转运蛋白的基因家族的一员，但目前研究人员却并不清楚其功能，MCART1所编码的蛋白扮演着非常重要的角色。

随后研究人员利用了一种常见的方法来确定MCART1的功能，即让细胞中的MCART1基因失活来观察细胞会发生什么变化，当研究人员剔除掉MCART1基因后，细胞就会表现出较低水平的耗氧量，并能减少呼吸和ATP的产生，同时其还会依赖其它效率低得多的ATP生产方式，这正是我们所期望看到的是否失活的基因是细胞呼吸所必要的。此外，研究人员在没有MCART1的细胞中观察到的最大的变化就是线粒体中NAD的水平会降低，而更广泛的细胞中NAD的水平则会保持不变，研究者使用此前在实验室中进行的实验对此进行了量化分析，他们证实，MCART1对于NAD转运蛋白进入离体线粒体中非常重要，而且过量的MCART1会诱发细胞摄取量发生增加。

研究者Sabatini表示，当我们的实验室重新使用已经开发的技术来取得新的研究发现时，我们感到非常激动，比如识别这种重要的蛋白质时；当前的研究证据支持MCART1本身或许就是一种转运通道，然而，该蛋白还有可能对运输起到一些其它重要的贡献，或者其能结合其它分子来发挥作用等，为了支持MCART1作为转运蛋白的观点，研究人员通过研究指出，MCART1和已知酵母的NAD转运蛋白都能在人类和酵母细胞中相互交换，这就表明其二者的功能似乎是相当的，但这仍然需要进一步的实验来确定其确切的转运机制。

此外，一项偶然的研究发现加强了研究者Kory的研究发现，同一天刊登在国际杂志Nature上的一篇研究报告也指出，MCART1似乎就是缺失的NAD转运蛋白，而这是基于一组完全不同的证据所得到的结论，综合看来，相关研究结果提供了一个更有说服力的案例。研究者Kory表示，我们很高兴看到不同的方法之间是如何相互补充且最后产生相同的结论的。理解NAD如何进入细胞中的线粒体或能帮助研究人员揭开关于线粒体呼吸更多的奥秘。（生物谷Bioon.com）

参考资料：

【1】Bringing new energy to mitochondria research

by Greta Friar， Whitehead Institute for Biomedical Research

【2】Nora Kory，Jelmi uit de Bos， Sanne van der Rijt， et al. MCART1/SLC25A51 is required for mitochondrial NAD transport， Science Advances  09 Sep 2020： eabe5310，doi：10.1126/sciadv.abe5310

【3】Luongo， T.S.， Eller， J.M.， Lu， M. et al. SLC25A51 is a mammalian mitochondrial NAD+ transporter. Nature (2020). doi：10.1038/s41586-020-2741-7