Cell子刊：大脑线粒体中存在许多长寿蛋白

线粒体被称为细胞的能量源，产生细胞功能所需的能量。现在，索尔克研究所和加利福尼亚大学圣地亚哥分校（UCSD）的科学家们仔细研究了线粒体在神经元等非分裂细胞中的维持情况，最终目的是更好地了解如何预防或治疗与年龄有关的疾病。研究人员发现，线粒体中的许多蛋白质的寿命比预期的长得多，这种稳定性可能保护它们免受损伤。研究结果发表在2021年10月28日的《发育细胞》杂志上。

　　

   

    

图片:神经元中的长寿线粒体簇。较老的线粒体(黑色箭头，褐红色)和较年轻的线粒体(黄色箭头，青色)显示大脑线粒体之间的年龄嵌合(差异老化)。

线粒体被称为细胞的发电站，产生能量，为我们细胞的功能提供燃料。现在，索尔克研究所(Salk Institute)和加州大学圣地亚哥分校(University of California San Diego, UCSD)的科学家们进一步研究了在非分裂细胞(如神经元)中线粒体是如何维持的，最终目标是更好地了解如何预防或治疗与年龄相关的疾病。研究人员发现，线粒体中的许多蛋白质的寿命比预期的长得多，这种稳定性可能会保护它们免受损害。这些发现发表在2021年10月28日的《发育细胞》杂志上。

该论文的资深作者、索尔克公司的高级副总裁兼首席科学官马丁·海策(Martin Hetzer)说:“长期以来，人们对各种组织中的特定细胞在整个生命周期中是如何维持的这个问题很感兴趣。”“我们想要了解的一件事是，由蛋白质和生物分子等许多动态成分组成的生物系统，如何可能在那么长寿的人身上保持一个世纪的稳定。”

Hetzer实验室使用遗传方法和先进成像技术来研究组织在整个生命周期中是如何维持和修复的。在2012年发表的一项研究中，他的团队观察了啮齿类动物脑细胞核中的特定表面蛋白。他们发现，其中一些蛋白质的寿命非常长，在某些情况下甚至和动物本身一样古老。

基于之前的工作，Salk的Hetzer团队和UCSD的同事合作，对小鼠脑细胞中的线粒体进行了更深入的研究。他们选择线粒体是因为就像核一样，为了维持正常的细胞功能，这些细胞器(细胞结构)保持稳定是很重要的。和细胞核一样，线粒体也含有遗传物质。Hetzer说在线粒体周围建立一个稳定的结构来保护它们的DNA是有道理的。

在线粒体中，研究人员决定将重点放在作为电子传递链一部分的蛋白质上，这对线粒体产生能量的主要功能至关重要。研究人员用稳定但不寻常的同位素标记这些蛋白质，这种同位素会随着时间推移而降解。这项技术类似于碳年代测定法，考古学家使用碳年代测定法来确定曾经存在过的生物体的材料的年龄。

“我们惊讶地发现，一些线粒体蛋白质仍然非常稳定，而且比大多数蛋白质转动得慢得多，”第一作者谢法利·克里希纳(Shefali Krishna)说，他是海泽实验室的一名工作人员。

为了进一步了解为什么这些长寿的线粒体蛋白质能存活这么长时间，他们研究了如果耗尽蛋白质的mRNA会发生什么，mRNA包含制造更多蛋白质的指令。克里希纳解释说，研究小组发现，即使mRNA被移除，这些蛋白质仍在细胞中停留很长时间，并能够维持线粒体功能。这与短寿命蛋白质的mRNA去除形成了对比，短寿命蛋白质会很快耗尽。

“合成新的蛋白质是非常消耗能量的，所以从能量守恒的角度来看，拥有长寿的蛋白质是有意义的，”Hetzer说。“此外，无论何时你必须替换某些东西，你都会引入出错的风险，所以保持蛋白质可以提供一些防止这种情况的保护。”

“我喜欢用汽车做类比;它有一些部件需要经常更换，比如机油和轮胎，还有一些部件需要很长时间使用，比如引擎。”“事实上，引擎的续航时间往往决定了汽车的续航时间，我们希望电池的引擎能尽可能长时间地使用。”

“这项工作提供了另一个强有力的例子，说明如何通过应用新的高分辨率成像技术来研究不同细胞成分和细胞器的寿命，”合著者、UCSD教授马克·埃利斯曼(Mark Ellisman)说。

研究小组计划继续研究线粒体中的这些长寿蛋白质，以进一步阐明线粒体在衰老疾病中的作用。

原文检索:

10.1016/j.devcel.2021.10.008