Nature：老年痴呆、帕金森... 线粒体表示他很忙
2017-03-02 李易潇 生物 360
美国约翰霍普金斯大学的科学家报告，利用酵母和人类细胞，他们发现了细胞通过线粒体来清除错误折叠的蛋白质聚集体。这是一个全新的途径，这一发现有助于解释帕金森氏症、阿尔茨海默症等在发育过程中出错的部分原因。研究成果于 3 月 1 日发表在《 Nature 》杂志上。在细胞中，蛋白质被损坏、发生错误折叠会导致蛋白团块或聚集体的形成，常会导致神经退行性疾病的发生。蛋白聚集已经被认为是由细胞质或细胞核中的蛋白
美国约翰霍普金斯大学的科学家报告，利用酵母和人类细胞，他们发现了细胞通过线粒体来清除错误折叠的蛋白质聚集体。这是一个全新的途径，这一发现有助于解释帕金森氏症、阿尔茨海默症等在发育过程中出错的部分原因。研究成果于 3 月 1 日发表在《 Nature 》杂志上。
在细胞中，蛋白质被损坏、发生错误折叠会导致蛋白团块或聚集体的形成，常会导致神经退行性疾病的发生。蛋白聚集已经被认为是由细胞质或细胞核中的蛋白酶体或溶酶体逐渐溶解。
线粒体清理错误折叠的蛋白质
现在，约翰霍普金斯大学的科学家意外地发现，大量的蛋白聚集体在线粒体中被分解。酵母细胞与人体细胞具有许多类似的结构，通过酵母的实验，他们还发现，过多错误折叠的蛋白质会阻塞并损害线粒体。这可能有助于解释为什么蛋白质聚集和线粒体恶化是神经退行性疾病的两个特点。
Rong Li 教授领导了这项研究，她把这一处理系统比喻为食物残渣和垃圾处理剂。垃圾处理机用起来很方便，有助于清除食物残渣；但若是残渣太多，尤其是体积较大的固体状残渣就有可能使垃圾处理机堵塞并发生故障。
研究人员发现蛋白质的聚集促使线粒体小孔形成，其通常导入蛋白质进入到线粒体中。如果这些小孔由于基因突变被破坏，则蛋白聚集体不能被溶解。基于这些结果，研究人员假设：错误折叠蛋白被拉入线粒体中进行清理，就像食物残渣进入垃圾处理机中清理一样。
1、酵母细胞模型的验证
Li 和她的团队使用一种技术将荧光蛋白分成两部分。他们把一部分放入线粒体内，另一部分连接细胞质中错误折叠的蛋白质。如果错误折叠的蛋白质进入线粒体，那么荧光蛋白的两个部分可以集合，线粒体可以发荧光。研究人员发现，在酵母细胞中这确实发生了。
2、疾病系统的验证
为了模拟疾病的发生，研究人员在酵母细胞中加入肌萎缩侧索硬化症（ALS）牵连的蛋白质。ALS 蛋白错误折叠引起热处理后，损伤线粒体。随后，研究人员诱导细胞质中大量蛋白质出现错误折叠后，他们发现当太多错误折叠的蛋白质进入线粒体后，线粒体恶化。
3、人类细胞模型的验证
研究团队想要确保，他们在酵母细胞中观察到的现象也能发生在人类细胞中。所以他们使用相同的分离荧光蛋白方法，观察是否错误折叠的蛋白质可以进入到人视网膜色素上皮细胞的线粒体上。结果发现，与在酵母细胞中观察到的一样，错误折叠的蛋白质进入到了人体细胞的线粒体中，并使线粒体发荧光。
生物系统一般相当顽强，但也有一些致命弱点可能引起疾病多发。依靠线粒体系统，帮助清理错误折叠的蛋白质可能就是这样的一个例子。年轻、健康的线粒体完全可以胜任这个任务，年老的线粒体或者那些需过度清理的细胞可能不堪重负而遭受损害，这可能会危害细胞的许多其他重要功能。
原始出处：
Linhao Ruan，Chuankai Zhou，Erli Jin，et al.Cytosolic proteostasis through importing of misfolded proteins into mitochondria.Nature (2017) doi：10.1038/nature21695
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