生物工程人发现细胞如何调节线粒体大小

时间：2021-07-15 12:52:24 来源：

在这位艺术家的渲染中，线粒体周围的DNM1蛋白质将其分成两个。

UCLA生物工程和他们的同事发现了一种新的视角，即细胞调节线粒体的尺寸，通过将它们切入更小的单位来提供能量的细胞部分。

研究人员撰写了这种发现，伴有酵母蛋白，最终可以用于帮助解决与线粒体大小的不平衡调节相关的人类疾病 - 例如，阿尔茨海默氏症或帕金森的疾病。此外，由于具有太小或太大的线粒体可能导致可治区疾病，因此可以想到负责该过程的蛋白质可能是未来疗法的潜在目标。

该研究发表于ACS中央科学，由UCLA生物工程领导的杰拉德·冯教授。

在细胞内，线粒体类似于用于创造气球动物的长气球。如果线粒体太长，他们可以纠结。众所周知，它们的尺寸主要由两种蛋白质调节，其中一个蛋白质将更长的线粒体分解成较小的尺寸。它们被称为细胞“Powerhouses”，因为它们将化学能从食物转化为可用于细胞来执行所有功能的形式。

在最佳尺寸下保持线粒体对细胞的健康至关重要。调节蛋白量不足，称为DNM1，导致线粒体过长而缠结。太多的dnm1导致太多短路密码粒细胞。在这两种情况下，线粒体均是无效的，作为细胞的电力提供者。这种情况可能导致神经发育障碍或神经变性疾病，例如阿尔茨海默氏症或帕金森。

为了更好地理解这种机制，研究人员使用了他们在2016年开发的机器学习方法，并确切地将蛋白质分解为两个较小的蛋白质。他们还使用了一项强大的技术，称为“同步rotron小角X射线散射”，在斯坦福Synchrotron辐射光源，美国能源研究设施部，看看这些蛋白质如何在此过程中变形线粒体膜。

在这项研究之前，据认为这些蛋白质环绕线粒体，然后通过紧紧挤压将其切成两种。这个过程，团队发现，更加微妙。

“当DNM1缠绕线粒体缠绕时，它以前表明蛋白质地拧紧和捏合，”Wong的最近UCLA生物工程博士生博士毕业生米歇尔李说，是该研究的两个引导作者之一。“我们发现的是，当DNM1接触线粒体表面时，它还使线粒体的该区域本身更模塑，更容易进行切割。这两种效果携手合作，使线粒体触发效率的过程。“

另一个领导作者是欧内斯特李，于春川 - 卡特克医学家培训计划中的一名研究生，并由Wong建议的生物工程研究生。他对实验进行了计算分析。

“使用我们的机器学习工具，我们能够在DNM1中发现隐藏的膜重塑活动，与我们的X射线研究一致，”Lee说。“有趣的是，通过分析DNM1的遥远亲属，我们发现蛋白质随着时间的推移逐渐发展这种能力。”

“这是一个非常意想不到的结果 - 没有人认为这些分子会有分裂的个性，这种个性都有生物学功能所必需的两个人，”Wong说，他也是加州化学和生物化学教授，是加州纳米系统的成员研究所。“我们识别的多功能行为可能是规则而不是蛋白质的例外。”

其他作者包括来自伊利诺伊大学的Andy Ferguson，来自威斯康星州医学院的Urbana-Champaign和Blake Hill。

该研究得到了国家科学基金会和国家卫生研究院的支持，额外支持能源部进行成像实验。

出版物：Michelle W. Lee等，“分子电机DNM1协同诱导膜曲率促进线粒体裂变，”ACSENT。SCI。，2017,3（11），PP 1156-1167; DOI：10.1021 / ACSCENTSCI.7B00338.

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