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Nature:揭秘钠离子控制线粒体呼吸链中缺氧信号的分子机制

来源:本站原创 2020-08-06 22:06

2020年8月7日 讯 /生物谷BIOON/ --近日,一项刊登在国际杂志Nature上的研究报告中,来自西班牙马德里的国立心血管病研究中心等机构的科学家们通过研究揭示了在缺氧早期阶段(组织中氧气的急性减少)机体活性氧(ROS)产生量增加的分子机制,相关研究结果代表了细胞生理学研究上的一大进展,未来研究者或能以本文研究结果为基础开发治疗缺氧扮演关键作用的多种疾病,比如中风和心脏病发作等。

图片来源:CNIC

在大部分真核细胞中,能量都是通过线粒体的氧化磷酸化系统(OXPHOS)中消耗的氧气所产生的,OXPHOS系统消耗的氧气就能够产生活性氧,直到最近研究人员才发现活性氧或许具有代谢毒性;然而我们都知道,当活性氧少量产生时,其就会扮演一种特殊信号诱发细胞适应性,机体中氧气浓度的下降则会诱发活性氧的快速产生,从而就会开启细胞对氧气缺乏的适应性反应,细胞应对持续性缺氧的分子机制这一研究获得了2019年诺贝尔生理学或医学奖;这种缺氧的长期反应是由低氧诱导性因子(HIF)所介导的,但机体有着快速的方法来对不依赖于HIF的缺氧状况产生反应,同时是由活性氧所介导的,目前研究人员并不清楚在缺氧早期阶段活性氧产量增加的具体分子机制,但本文研究就提出了重要的见解。

研究者Hernansanz说道,我们发现,钠离子能扮演一种次级信号来调节线粒体的功能,尤其是通过诱导活性氧的受控产生来调节线粒体电子传递链(ETC)的功能;活性氧产生的机制针对肺循环对缺氧所产生反应的能力非常重要,而肺循环会将血液重新分配到“灌溉”量较少的区域,这种现象称之为缺氧性肺血管收缩(hypoxic pulmonary vasoconstriction, HPV)。

多项研究发现都能为细胞生理学研究提供重要信息,首先,研究表明线粒体中的钠离子能调节细胞膜的流动性,这在此前研究人员并不清楚,相关研究对于理解多种细胞过程至关重要;第二项重要的研究发现就是,ETC的线粒体超级复合体能通过采用结构构象的改变在该过程中扮演关键角色,这种结构构象对于钠离子敏感或者不敏感,从而就能确定钠离子的活动是非毒性的。

研究者指出,在钠离子进入之前,线粒体中的钙沉积物就会溶解,这些钙质结构早在50多年前就被描述过了,但直到最近研究人员才发现其具体功能;相关研究结果表明,对线粒体中Ca2+/Na+交换器NCLX进行抑制就足以阻断该通路从而抑制细胞对缺氧的适应,此外,未来NCLX或能作为一种治疗性靶点来帮助开发疾病(缺氧在其中扮演重要角色)新型疗法。

最后研究者表示,钠离子能通过一种与磷脂类之间的意外相互作用,从而控制缺氧状态下OXPHOS的功能和细胞信号通路,磷脂类对于细胞代谢有着重要的作用。(生物谷Bioon.com)

原始出处:

Hernansanz-Agustín, P., Choya-Foces, C., Carregal-Romero, S. et al. Na+ controls hypoxic signalling by the mitochondrial respiratory chain. Nature (2020). doi:10.1038/s41586-020-2551-y

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