MARIGOLD 和 MitoCIAO：解锁线粒体蛋白复合物功能奥秘的钥匙

为解决线粒体蛋白复合物功能及组成难以明确的问题，意大利帕多瓦大学的研究人员开展了关于线粒体蛋白复合物的研究，生成并验证了 MARIGOLD 和 MitoCIAO 两个数据库，有助于解析线粒体蛋白复合物功能，推动相关领域研究进展。

　　

在细胞的微观世界里，线粒体就像一个个小小的能量工厂，为细胞的各种活动提供能量。线粒体的功能和形态有着密切的联系，它们的形态变化会影响其功能，反之亦然。线粒体的蛋白质会动态地组装成高分子量复合物，这些复合物对于线粒体的正常功能至关重要。打个比方，如果把线粒体看作是一个工厂，那么这些蛋白质复合物就是工厂里的各种精密机器，它们协同工作，维持着线粒体的正常运转。

然而，目前研究线粒体蛋白复合物面临着诸多挑战。虽然线粒体的蛋白质组已经有了一定的研究成果，但仍有许多线粒体复合物的组成不明确，其功能也如同神秘的面纱，难以揭开。现有的线粒体蛋白质组数据库虽然在发现线粒体功能相关分子方面发挥了重要作用，但是对于线粒体复合物的动态性质，以及两种蛋白质或功能相似的蛋白质是否在同一复合物中的可能性，这些数据库并不能提供相关信息。这就好比我们知道了工厂里有哪些机器零件，但却不清楚这些零件是如何动态组合、协同工作的，以及哪些零件会在同一台机器中一起发挥作用。

为了解开这些谜团，意大利帕多瓦大学（University of Padova）的 Giovanni Rigoni、Enrique Calvo、Christina Glytsou 等研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Cell Metabolism》期刊上。该研究生成并验证了两个可搜索的线粒体复合物数据库 ——MARIGOLD（Mitochondrial Apoptotic RemodelInG cOmpLexome Database）和 MitoCIAO（Mitochondrial Complexes InterActome tOol），这为线粒体蛋白复合物功能的研究提供了重要的工具，有助于进一步揭示线粒体在生理和病理过程中的作用机制，推动相关领域的研究进展。

在这项研究中，研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：一是蓝绿温和胶电泳（Blue-native gel electrophoresis，BNGE）结合串联质谱（tandem MS）及数据非依赖性扫描（Data-independent scanning，DiS）技术，用于分离和鉴定线粒体复合物中的蛋白质；二是利用 MitoMiner 4.0 筛选线粒体相关蛋白，并结合手动筛选获得高质量的蛋白数据；三是运用生物信息学方法，通过计算蛋白质间的共迁移可能性，构建 MitoCIAO 数据库 。

研究结果主要包括以下几个方面：

• MARIGOLD 数据库的构建：研究人员利用从小鼠心脏分离的呼吸线粒体和重组活性 BID（cBID）构建了重组系统，通过 BNGE 分离线粒体复合物，再结合 LC/MS 和 DiS 技术，对分离的蛋白质进行鉴定。经过 MitoMiner 4.0 筛选和手动筛选，最终得到了包含 627 种蛋白质的 MARIGOLD 数据库。该数据库记录了不同实验条件下蛋白质在高分子量复合物中的相对分布情况，用户通过输入感兴趣蛋白质的 Uniprot 基因名称，就能获取相应的彩色等高线图，直观了解蛋白质在不同大小复合物中的相对丰度 。

• MitoCIAO 数据库的生成及验证：基于 MARIGOLD 数据库，研究人员通过计算蛋白质在不同实验条件下共迁移的可能性，开发了 MitoCIAO 数据库。以线粒体嵴组织系统（MICOS）核心成分 MIC60（IMMT）为例，MitoCIAO 成功预测了其与已知相互作用蛋白的相互作用，并通过实验验证了预测结果。此外，MitoCIAO 还预测了 OPA1（optic atrophy 1）与 ATAD3A（ATPase family AAA domain-containing 3A）在 500 kDa 复合物中的共迁移，免疫印迹分析和共免疫沉淀实验进一步证实了这一预测 。

• ATAD3A 参与嵴生物发生的机制：MitoCIAO 预测 OPA1 - ATAD3A 在 500 kDa 高分子量复合物中共迁移，研究人员通过实验验证了这一预测，并深入研究了 ATAD3A 在嵴形态调控中的作用。研究发现，ATAD3A 的 ATPase 结构域对于嵴生物发生至关重要，其缺失会导致嵴数量减少和嵴腔宽度增加。同时，ATAD3A 的二聚化对于维持线粒体超微结构并非必需，500 kDa 的 ATAD3A 复合物参与了嵴的形态维持和生物发生 。

• 1 MDa ATAD3A 复合物的功能：研究人员利用 MitoCIAO 分析了 1 MDa ATAD3A 复合物的潜在伙伴，发现其中包含多个线粒体核糖体蛋白和线粒体拟核相关蛋白。实验表明，1 MDa 的 ATAD3A 复合物参与了线粒体核糖体的稳定性调控，ATAD3A 的缺失会导致线粒体核糖体蛋白水平下降，影响线粒体核糖体的完整性 。

在讨论部分，研究人员指出 MARIGOLD 和 MitoCIAO 这两个数据库具有重要意义。MARIGOLD 提供了一种精确分析线粒体样本中单个蛋白质分布的在线工具，其可视化的等高线图比传统免疫印迹更能准确反映蛋白质分布，并且可用于验证抗体的免疫反应性。MitoCIAO 则通过预测蛋白质在复合物中的共迁移可能性，为研究线粒体蛋白相互作用提供了有力的工具。通过这两个数据库，研究人员成功解析了 ATAD3A 在嵴形态和线粒体核糖体稳定性中的作用机制。不过，该研究也存在一定的局限性，如研究使用的是小鼠心脏线粒体，可能无法完全代表不同组织或物种的线粒体复合物；蓝绿温和胶电泳可能无法分离所有蛋白质复合物，尤其是非常大的、瞬态的或低丰度的复合物；MitoCIAO 的预测能力在整个线粒体蛋白质组中的可靠性还需进一步验证 。

总的来说，这项研究成功开发了 MARIGOLD 和 MitoCIAO 两个数据库，为线粒体蛋白复合物功能的研究提供了重要的资源和工具。它们不仅帮助研究人员深入了解了线粒体复合物的动态变化和功能，还为进一步研究线粒体相关疾病的发病机制和治疗靶点提供了新的方向，有望推动线粒体生物学领域的发展，为解决相关健康问题带来新的希望。