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Science:揭示棕色脂肪细胞中细胞器通讯的新机制

来源:本站原创 2020-04-06 05:59

2020年4月6日讯/生物谷BIOON/---近年来,棕色脂肪作为一种所谓的“好脂肪”,越来越受到人们的关注,这是因为它可以预防肥胖和相关的健康风险,比如心血管疾病和糖尿病。棕色脂肪位于身体各处的小口袋里,有助于在寒冷的环境中维持体温。它的颜色来自大量含铁的线粒体,这与肥胖相关的白色脂肪不同。

在一项新的研究中,来自美国密歇根大学等研究机构的研究人员研究了作为细胞能量工厂的线粒体和另一种参与蛋白和脂质产生的称为内质网的细胞器在棕色脂肪细胞内部如何相互作用。特别地,他们研究了一种蛋白复合物在一种称为内质网相关蛋白降解(ER-associated protein degradation, ERAD)的过程中的作用。简而言之,ERAD是一种移除和破坏错误折叠蛋白的过程,就好像是从内质网中清除垃圾一样。相关研究结果发表在2020年4月3日的Science期刊上,论文标题为“Endoplasmic reticulum–associated degradation regulates mitochondrial dynamics in brown adipocytes”。论文通讯作者为密歇根大学医学院分子与整合生理学教授、内科学教授Ling Qi博士。
图片来自CC0 Public Domain。

Qi说,“当细胞遭受内质网应激时,每个人都认为ERAD只是整体细胞反应的一部分。过去六年来我们证实了它在健康和疾病中起着至关重要的作用。”

在这项研究中,Qi、论文第一作者Zhangsen Zhou博士和Mauricio Torres博士及其同事们展示了一种称为Sel1L-Hrd1的ERAD蛋白复合物如何影响线粒体的正常功能。

通常而言,内质网和线粒体在称为线粒体相关膜(mitochondria-associated membrane)的接触点上具有持续的相互作用。这些接触点标记着线粒体为了产生新的线粒体和交换其他分子(比如脂质和钙)而进行分裂的区域。内质网在线粒体周围形成小管,使得线粒体为分裂做好准备。

通过使用最先进的三维成像技术,这些研究人员发现棕色脂肪中缺乏Sel1L-Hrd1的线粒体在暴露于寒冷时会发生怎样的变化。

Qi说,“当剔除棕色脂肪细胞中的这种复合物时,线粒体就会伸长并增大。”这种三维成像技术使得他们能够查看线粒体与内质网之间发生的以前无法发现的相互作用,他们发现线粒体以U形形状包裹在内质网小管周围。

当将棕色脂肪细胞线粒体缺乏Sel1L-Hrd1的小鼠置于寒冷的环境中时,线粒体外膜的末端向后自我折叠,最终融合并完全包裹了内质网小管。Qi说,结果就是线粒体异常大、畸形和功能失调。

Qi说,“我们发现这些线粒体不能正常运行,并且这些小鼠变得对寒冷敏感,它们的体温下降非常快。”换句话说,没有这种ERAD蛋白复合物,棕色脂肪就不会被用来产生热量。在显微镜下,这种功能失调的棕色脂肪具有比来自具有这种完整蛋白复合物的小鼠的棕色脂肪更大的脂滴。“这是非常出乎意料的。这些研究结果从根本上改变了我们对内质网-线粒体通讯的理解,并进一步证实了内质网降解复合物在细胞生物学中的重要性。”(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

1.Zhangsen Zhou et al. Endoplasmic reticulum–associated degradation regulates mitochondrial dynamics in brown adipocytes. Science, 2020, doi:10.1126/science.aay2494.

2.New mechanism underlying organelle communication revealed in brown fat cells
https://phys.org/news/2020-03-mechanism-underlying-organelle-revealed-brown.html
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