大脑线粒体中的长寿命蛋白质稳定蛋白质复合物

LA JOLLA——线粒体被称为细胞的动力源，它产生能量，为我们的细胞所执行的功能提供燃料。现在，索尔克研究所和加州大学圣地亚哥分校 (UCSD) 的科学家们仔细研究了线粒体如何在非分裂细胞(如神经元)中维持，最终目标是更好地了解如何预防或治疗与年龄有关的疾病。研究人员发现，线粒体中的许多蛋白质的持续时间比预期的要长得多，这种稳定性可能会保护它们免受损害。研究结果于 2021 年 10 月 28 日发表在Developmental Cell 上。

该论文的资深作者、Salk 的高级副总裁兼首席科学官Martin Hetzer说：“长期以来，人们一直对各种组织中的某些细胞在整个生命周期中如何维持这一问题感兴趣。”“我们想了解的一件事是，由许多动态成分(如蛋白质和生物分子)组成的生物系统如何能够在如此长寿的人中保持稳定整整一个世纪。”

Hetzer 实验室使用遗传方法和先进的成像技术来研究组织在整个生命周期中是如何维持和修复的。在之前发表于 2012年的一项研究中，他的小组研究了啮齿动物脑细胞核中的特定表面蛋白。他们发现其中一些蛋白质的寿命非常长，在某些情况下，它们的寿命与动物本身一样老。

在之前的工作基础上，Salk 的 Hetzer 团队和加州大学圣地亚哥分校的同事合作，仔细研究了小鼠脑细胞中的线粒体。他们选择线粒体是因为——就像细胞核一样——这些细胞器(细胞结构)保持稳定以维持适当的细胞功能很重要。此外，与细胞核一样，线粒体也含有遗传物质。Hetzer 说，在线粒体周围建立一个稳定的结构来保护它们的 DNA 是有道理的。

在线粒体内，研究人员决定专注于作为电子传递链一部分的蛋白质，这对线粒体的主要功能——产生能量至关重要。研究人员用稳定但不寻常的同位素标记蛋白质，这些同位素会随着时间的推移而降解。该技术类似于碳测年，考古学家使用碳测年来确定曾经存在过的生物体的材料年龄。

“我们惊讶地发现，一些线粒体蛋白质仍然非常稳定，而且比大多数蛋白质的转换速度要慢得多，”第一作者、Hetzer 实验室的科学家 Shefali Krishna 说。

为了更多地了解为什么这些长寿的线粒体蛋白质会持续这么长时间，他们研究了如果耗尽蛋白质的 mRNA 会发生什么，其中包含制造更多蛋白质的指令。Krishna 解释说，研究小组发现，即使去除了 mRNA，这些蛋白质仍会在细胞中保留很长时间，并且能够维持线粒体功能。这与去除短寿命蛋白质的 mRNA 形成对比，其中蛋白质迅速耗尽。

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