Nature：“细胞制图师”刷新线粒体分裂理论

　　

生物通报道：一项最新研究发现几乎所有活细胞都有的“发电机”——线粒体分裂的方式与之前教科书上的并不相同。科罗拉多大学博尔德分校的这项新研究首次揭示了线粒体的真正奥秘。

科罗拉多大学博尔德分校的Gia Voeltz教授自1993年作为加州大学大四学生，进入Manuel Ares教授实验室进行RNA剪接研究时，就找到了自己的职业生涯方向。她被誉为“细胞制图师”（43岁的细胞制图师），这是因为她“绘制”了许多细胞亚结构的作用网络，如2011年，她带领其研究组惊奇地发现一种重要的细胞器：内质网 (ER)会在细胞质中张出像蜘蛛网一样的网络，环绕包围包括线粒体在内的一些细胞器。他们发现一旦内质网的“触手”触动某个线粒体，就会启动收缩，一种称为动力相关蛋白（dynamin-related protein, Drp1 ）的细胞蛋白会在内质网接触点上进一步收紧线粒体。

经过几年的深入探索，Voeltz的团队又发现一旦线粒体受到 Drp1 蛋白的挤压，第二个蛋白：Dyn2 就会出现，完成裂变（fission）的过程，分裂成两个细胞器！

整个过程中，这个形状像小弹簧的 Dyn蛋白包围住线粒体，就像是有人从气球的中间压下去，让气球成为了两截。这两个蛋白都参与了线粒体裂变过程，但只有Drp1有足够的力气挤压线粒体变形，Dyn2只是在线粒体收缩后完成捆绑。

“我们的研究改变了之前线粒体分裂的观点，”文章第一作者，博士后研究员Jason Lee说，“现在我们知道至少有三个步骤，才能完成线粒体分裂。”

这一研究成果公布在10月31日的Nature杂志上。

线粒体(mitochondrion) 是存在于大多数细胞中的由两层膜包被的细胞器，是细胞中制造能量的结构，细胞进行有氧呼吸的主要场所，被称为“power house”。这个微小的结构在人体寿命，血糖维持和脂肪丢失过程中扮演了重要的角色，线粒体损伤也会引发大脑，肝脏，心脏，骨骼肌和呼吸系统的问题。

这一研究结果很重要，将为进一步了解线粒体分裂，了解其在癌症等病理条件下的变化提供更深入的资料。

Voeltz研究组还曾尝试了解内质网接触位点界定核内体裂变的位置和时机。胞吞的物质和Rab GTP酶被隔离到核内体的不同区域。这些区域保持着自己的身份，直到它们发生裂变以运输物质。现在还不完全了解，是如何隔离物质，以及Rab蛋白质是如何保持沿着连续的核内体膜，还有裂变所需要的机制是什么。

2014年，Voeltz研究组发现ER与核内体之间形成的稳定的触点是在收缩分选区域上，以及物质的自由扩散在这些区域是被限制的。这证明了早期和晚期的核内体的收缩和裂变部位是从空间和时间上连接与ER的触点的，这也证明了变更ER结构和动态变化降低了核内体裂变的效率。

原文摘要：
Multiple dynamin family members collaborate to drive mitochondrial division

Mitochondria cannot be generated de novo; they must grow, replicate their genome, and divide in order to be inherited to each daughter cell during mitosis. Mitochondrial division is a structural challenge that requires a massive remodelling of membrane morphology1,2,3. Although division factors differ across organisms, the need for multiple constriction steps and a dynamin-related protein (Drp1, Dnm1 in yeast) has been conserved4,5,6. In mammalian cells, mitochondrial division has been shown to proceed with at least two sequential constriction steps: (1) endoplasmic reticulum (ER) and actin collaborate to generate constrictions suitable for Drp1 assembly; (2) Drp1 further constricts membranes until fission occurs2,7,8,9. However, in vitro experiments argue that Drp1 does not have the dynamic range to complete membrane fission per se7. In contrast to Drp1, the neuronal-specific classical dynamin-1 (Dyn1) has been shown to assemble on narrower lipid profiles and facilitates spontaneous membrane fission upon GTP hydrolysis10,11. Here we discovered that the ubiquitously expressed classical dynamin-2 (Dyn2) is a fundamental component of the mitochondrial division machinery. A combination of live-cell and electron microscopy reveals that Dyn2 works in concert with Drp1 to orchestrate sequential constriction events leading up to division. Our work underscores the biophysical limitations of Drp1 and positions Dyn2, which has intrinsic membrane fission properties, at the final step of mitochondrial division.