Nature子刊：发现大脑功能和发育的关键线粒体蛋白

巴塞罗那大学的研究团队发现了一个含六个基因的新家族，该家族在神经元中调节线粒体的定位和活动。该研究发表在在2012年5月8日的Nature Communications杂志上。

　　

生物通报道：巴塞罗那大学细胞生物学系主任Eduardo Soriano教授领导的IRB Barcelona研究团队，在2012年5月8日的Nature Communications上发表了一项研究，他们发现了一个含六个基因的新家族，该家族在神经元中调节线粒体的定位和活动。

许多神经学疾病，包括帕金森症和各类型腓骨肌萎缩症Charcot-Marie-Tooth，都是由控制线粒体转运（为细胞功能提供能量）的基因变异引起的。

“我们发现了一组在神经系统高表达的新基因，在神经系统活性和发育至关重要的生物过程，它们起着独特作用，”IRB Barcelona神经生物学和细胞再生组的领导者Eduardo Soriano解释道。

神经元能量供给是由调节线粒体动力学的分子机制控制的，该机制包括驱动蛋白Kinesin、线粒体融合蛋白Mitofusins、Miro1-2 和Trak2 蛋白。研究人员在线粒体中发现了控制线粒体动力学的一类新蛋白家族。这个蛋白家族由位于X染色体上的一系列包含armadillo (Arm) 重复结构的基因编码。

通过比较基因组分析，科学家发现该Armcx基因簇只存在于进化程度较高的哺乳动物中，这类哺乳动物以体内受精和发育为特征，被称为真哺乳亚纲（Eutheria）。并且这些基因是由同一个祖先（Armc10基因）进化而来的。“该发现暗示了进化与线粒体生物学的关联。当大脑的大小、功能和结构进化时，线粒体转运过程也变得更复杂，而可能需要额外的调节机制，”Soriano说。“我们在原始哺乳动物（如有袋类哺乳动物（袋鼠）和尚存的胎盘哺乳动物）中，发现了这些新基因的起源，说明它们与人类进化史上大脑皮层复杂性的提高相关，”该研究的作者之一，遗传系教授、BKC附属中心IBUB成员Jordi Garcia-Fernàndez补充到。

研究人员发现在发育中的和成熟的神经系统中，该Armcx基因簇高度表达。进一步的研究发现Armcx3表达水平可以调节线粒体动力学和神经元之间的转运，而Alex3通过Ca²⁺依赖方式与Kinesin/Miro/Trak2复合体相互作用。

大脑正常功能需要很高的能量。而且能量必须在神经元之间合理分配——从大脑到四肢，这些带有分支细胞能长达数十厘米。该Armcx基因簇形成了线粒体“wheel”车轮机制的一部分，该机制依据每个细胞的能量需求来调节它们的定位。“它们就像细胞线粒体传输的额外控制，能与线粒体传输的主要调节蛋白相互作用。”

Armcx基因簇的蛋白产物还有一个惊人特性，它们不仅存在于线粒体中（其作用已知），还存在细胞核中，而它们在细胞核内的功能还是未知的。“这些新蛋白可能参与了基因表达的调节，目前我们正在研究这种可能性。”这些蛋白除了对大脑病理学有潜在影响，研究者相信它们可能与代谢类疾病和癌症也有关联。

（生物通编辑：叶予）

生物通推荐原文摘要：

The Eutherian Armcx genes regulate mitochondrial trafficking in neurons and interact with Miro and Trak2. Nature Communications

 

Brain function requires neuronal activity-dependent energy consumption. Neuronal energy supply is controlled by molecular mechanisms that regulate mitochondrial dynamics, including Kinesin motors and Mitofusins, Miro1-2 and Trak2 proteins. Here we show a new protein family that localizes to the mitochondria and controls mitochondrial dynamics. This family of proteins is encoded by an array of armadillo (Arm) repeat-containing genes located on the X chromosome. The Armcx cluster is unique to Eutherian mammals and evolved from a single ancestor gene (Armc10). We show that these genes are highly expressed in the developing and adult nervous system. Furthermore, we demonstrate that Armcx3 expression levels regulate mitochondrial dynamics and trafficking in neurons, and that Alex3 interacts with the Kinesin/Miro/Trak2 complex in a Ca²⁺-dependent manner. Our data provide evidence of a new Eutherian-specific family of mitochondrial proteins that controls mitochondrial dynamics and indicate that this key process is differentially regulated in the brain of higher vertebrates.