Cell子刊：线粒体是如何演化的？

　　

生物通报道：线粒体是人体细胞的“发电站”。它们提供了细胞代谢所需的能量。但是，这些“发电站”是如何进化的？它们是如何构建的呢？近期，来自德国弗莱堡大学的研究人员研究了所谓的氧化酶装配（OXA）机器，在线粒体内膜发育和细胞能源供应中所起的作用。Jan Höpker、Silke Oeljeklaus、Nikolaus Pfanner、Sebastian Stiller、Bettina Warscheid、Nils Wiedemann几位博士及其研究小组已经证明，这种蛋白质复合物对于某些蛋白质整合到线粒体内膜，是至关重要的——这些蛋白质在细胞呼吸和其他进程中发挥作用。科学家们将这项研究结果发表在5月10日的《Cell Metabolism》杂志上。

线粒体来源于细菌，这意味着它们有自己的DNA分子，其中记录着一些蛋白质的结构。在线粒体的细菌前体中已经存在一种OXA样的机器，并且在进化过程中是保守的。根据线粒体的遗传物质所产生的蛋白质，被OXA整合到线粒体内膜中。然而，99%的蛋白质的遗传信息，被存储在细胞核中。细胞在细胞质中产生这些蛋白质分子，随后是TOM——“外膜移位酶”，和TIM——“内膜移位酶”将它们运输通过外膜和内膜，进入线粒体。但是，直到现在，这些输入的蛋白有多少也被OXA整合到内膜中，还不明确。

弗莱堡大学的研究人员系统地寻找了被OXA整合到线粒体内膜中的蛋白质——在它们通过TOM和TIM被输入之后。他们使用了一种叫做定量质谱测定的分析技术，来确定线粒体内膜蛋白，如果没有OXA它们在细胞中会减少。通过追踪放射性同位素标记蛋白质到线粒体内膜的整合，他们能够证明，OXA对于这个过程是必要的。

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输入的OXA依赖性蛋白质发挥着重要功能，从细胞呼吸、金属离子的交换和生化反应，到使代谢产物在内膜之间转运的蛋白整合。当这些呼吸蛋白的整合或功能被阻断时，这可能会导致线粒体相关的神经肌肉疾病或癌症。因此，OXA依赖性的内膜蛋白整合——在进化上一直是保守的，是线粒体内膜形成和人类细胞能源供应的基础。

在2014年10月，弗吉尼亚大学研究人员开展的一项最新研究，使用新一代DNA测序技术，解码了18种线粒体近缘细菌的基因组，表明寄生菌是给细胞供给能量的线粒体的第一代表亲，在它们变成有益之前，首先充当这些细胞中的能量寄生虫。相关研究发表在本周的《PLOS One》杂志。相关阅读：华人学者颠覆当前的线粒体起源理论。

线粒体是我们细胞中的发电站，对生命至关重要。当它们遭受到来自毒物、环境压力或遗传突变的攻击时，细胞会扳开这些发电站，除去受损的部件，将它们重新组装为可用的线粒体。今年1月份，Salk研究所的科学家们揭示出，细胞以一种意外的方式触发了对威胁产生的这一至关重要的反应，提供了有关线粒体疾病、癌症、糖尿病和神经退行性疾病——尤其是与线粒体功能障碍相关的帕金森病等疾病的一些新见解。这项研究工作发布在1月15日的《科学》（Science）杂志上。相关阅读：Science破解线粒体重要谜题。

（生物通：王英）

生物通推荐原文：
Sebastian B. Stiller, Jan Höpker, Silke Oeljeklaus, Conny Schütze, Sandra G. Schrempp, Jens Vent-Schmidt, Susanne E. Horvath, Ann E. Frazier, Natalia Gebert, Martin van der Laan, Maria Bohnert, Bettina Warscheid, Nikolaus Pfanner, Nils Wiedemann. Mitochondrial OXA Translocase Plays a Major Role in Biogenesis of Inner-Membrane Proteins. Cell Metabolism, 2016; 23 (5): 901 DOI: 10.1016/j.cmet.2016.04.005