科学家发现线粒体超微结构由钙传感器调控

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钙稳态，涉及细胞内钙离子的流动，对于细胞信号传导和功能至关重要。重要的是，钙会进入被称为线粒体的细胞 “发电站”，在那里它微调能量的产生。现在，天普大学刘易斯・卡茨医学院的新研究表明，就线粒体而言，钙还有另一个至关重要的功能 —— 作为线粒体超微结构的调节因子。

这项发表在《科学信号》杂志上的新研究，首次表明线粒体超微结构是由钙结合蛋白 MICU1 调控的。MICU1 对于线粒体接触位点和嵴组织系统（MICOS）的功能是必需的，该系统控制着线粒体内外膜的结构。钙、MICU1 和 MICOS 之间紧密协调的相互作用，对于调节细胞能量代谢和细胞死亡至关重要。

“我们从之前的研究中得知，MICU1 结合并调节 MCU（线粒体中的主要钙转运体），并且 MICU1 基因的缺失会破坏线粒体的结构，” 卡茨医学院心血管研究中心主任、这项新研究的高级研究员约翰・W・埃尔罗德博士解释道。

“这项研究的第一作者达南德拉・托马尔发现，当 MCU 被敲除时，MICU1 仍然会形成高分子量复合物。这让我们想到，MICU1 除了通过 MCU 通道调节钙摄取之外，还在结合并发挥着其他作用。”

为了研究 MICU1 在线粒体中存在第二种功能的可能性，埃尔罗德博士及其同事采用了一种称为邻近生物素化的方法，他们将生物素连接酶与 MICU1 蛋白分子融合。在这个系统中，任何与 MICU1 非常接近接触的蛋白质都会被标记上生物素。

然后，研究团队在缺乏 MCU 的细胞中表达 MICU1 - 生物素连接酶融合蛋白，以分离和鉴定与 MICU1 结合的伙伴蛋白，这些蛋白与其与线粒体钙单向转运体通道相互作用的经典作用无关。

令人惊讶的是，研究人员发现 MICOS 复合物的两个组成部分与 MICU1 强烈相互作用。

“MICOS 主要负责决定线粒体内外膜的结构，包括将内膜折叠成嵴，” 埃尔罗德博士说。

嵴在调节线粒体的多种功能中起着重要作用，包括电子传递链、生物能量学和细胞死亡。

这项研究提供了一个框架，用于理解线粒体内膜与线粒体内部空间（或基质）之间的钙信号传导。这些新发现也揭示了线粒体重塑背后的细胞信号通路，而线粒体重塑是疾病的一个常见特征。

“许多疾病都受到线粒体超微结构的影响，并且在心血管疾病（如心力衰竭）中，一些 MICOS 成分会发生改变，” 埃尔罗德博士补充道。

虽然利用对 MICU1 和 MICOS 的理解来开发新疗法还有很长的路要走，但对这些成分之间相互作用的深入了解为药物研发奠定了必要的基础。

更多信息：达南德拉・托马尔等人，《MICU1 独立于线粒体 Ca2 + 单向转运体通道调节线粒体嵴的结构和功能》，《科学信号》（2023 年）。DOI: 10.1126/scisignal.abi8948

期刊信息：《科学信号》

由天普大学提供

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