Science：线粒体质控中失落的一环

　　

生物通报道：华盛顿大学医学院的研究人员，解析了线粒体质控系统中缺失的一环。他们还指出，当线粒体受损时，会经由这一途径引发帕金森症和一些心力衰竭。文章于四月二十六日发表在Science杂志上。

线粒体是细胞内的能源工厂，负责为细胞提供必要能源，使其得以执行日常功能。尽管从表面上看，心脏和大脑组织的形态和功能完全不同，但它们有一个共同特点，就是需要消耗大量的能源。

研究人员对小鼠和果蝇心脏进行了研究，发现蛋白mitofusin 2（Mfn2）是线粒体质控体系中的重要一环。人们一直知道帕金森症与心力衰竭有关，而这项心脏细胞中的新发现为此提供了线索。“患帕金森症会使心力衰竭的风险增加两倍多，使心力衰竭致死的风险增加50%，”文章的资深作者Gerald W. Dorn II教授说。“这说明二者之间存在某种关联，而我们现在找到了这种关联的分子基础。”

心肌细胞和大脑神经元中都有大量的线粒体，而这些线粒体必须受到严格监控。线粒体发生异常，不仅会停止生产能量，还会消耗能量产生损害细胞的分子。而这种破坏最终会导致帕金森症或心力衰竭。在正常情况下，健康细胞的质控系统，能够识别发生异常的线粒体，并将其清除。

“这些线粒体内的自毁信号，需要与周围细胞的蛋白交流，才能驱动破坏和清除程序，” Dorn说，“这其中的具体机制是一个重要问题。”

此前，人们知道Mitofusin 2负责使线粒体外膜融合，以便其交换线粒体DNA。但还没有人将Mfn2突变与帕金森症联系起来，而这项新研究描述了Mfn2的全新功能。

Dorn介绍到，线粒体的质控系统基于一个“死亡开关”。“正常的活线粒体需要抑制这一开关，以免发生自毁，”Dorn说。线粒体会输入一种被称为PINK的分子，然后摧毁它。当线粒体发生异常时，由于不能摧毁PINK，导致该分子的水平上升。Dorn及同事Yun Chen博士发现，当PINK水平达到一定程度时，会使位于线粒体表面的Mfn2磷酸化。而线粒体表面的磷酸化Mfn2，能够结合周围的Parkin分子。

Parkin与异常线粒体的Mfn2结合后，就给线粒体打上了销毁标记，最终导致它们被细胞摧毁。只要质控体系运行良好，细胞就能通过上述机制，及时清除发生异常的线粒体。

研究人员指出，PINK和Parkin发生突变会影响线粒体的质控机制，使异常线粒体无法及时清除。而这样的情况会导致帕金森症和一些心力衰竭。

 

（生物通编辑：叶予）

生物通推荐原文摘要：

PINK1-Phosphorylated Mitofusin 2 Is a Parkin Receptor for Culling Damaged Mitochondria

Senescent and damaged mitochondria undergo selective mitophagic elimination through mechanisms requiring two Parkinson’s disease factors, the mitochondrial kinase PINK1 (PTEN-induced putative kinase protein 1; PTEN is phosphatase and tensin homolog) and the cytosolic ubiquitin ligase Parkin. The nature of the PINK-Parkin interaction and the identity of key factors directing Parkin to damaged mitochondria are unknown. We show that the mitochondrial outer membrane guanosine triphosphatase mitofusin (Mfn) 2 mediates Parkin recruitment to damaged mitochondria. Parkin bound to Mfn2 in a PINK1-dependent manner; PINK1 phosphorylated Mfn2 and promoted its Parkin-mediated ubiqitination. Ablation of Mfn2 in mouse cardiac myocytes prevented depolarization-induced translocation of Parkin to the mitochondria and suppressed mitophagy. Accumulation of morphologically and functionally abnormal mitochondria induced respiratory dysfunction in Mfn2-deficient mouse embryonic fibroblasts and cardiomyocytes and in Parkin-deficient Drosophila heart tubes, causing dilated cardiomyopathy. Thus, Mfn2 functions as a mitochondrial receptor for Parkin and is required for quality control of cardiac mitochondria.