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在细胞生物学研究中，为探究内质网 - 线粒体接触位点（MERCS）形成机制及对线粒体形态的影响，研究人员开展了以 PDZD8 和 FKBP8 为对象的研究。结果发现二者形成的复合物是 MERCS 形成的关键，且 PDZD8 可通过抑制 FKBP8 增强线粒体复杂性，为理解细胞生理提供新视角。
在细胞的微观世界里，线粒体和内质网之间存在着神秘的联系，它们相互协作，维持着细胞的正常运转。线粒体是细胞的 “能量工厂”，负责产生能量，而内质网则参与蛋白质和脂质的合成、运输等重要过程。内质网 - 线粒体接触位点（MERCS）作为二者之间的关键连接枢纽，其重要性不言而喻。在这里，不仅发生着钙离子（Ca
2+）和甘油磷脂等代谢物的交换，还与线粒体分裂、线粒体 DNA 复制以及自噬体生物发生等维持细胞内稳态的关键生理和细胞生物学事件密切相关。
然而，尽管 MERCS 如此重要，其形成的分子机制却一直未被完全揭示。就像一个神秘的谜题，等待着科学家们去解开。其中，内质网蛋白 PDZD8 在许多细胞类型中对 MERCS 的形成至关重要，但它在线粒体外膜（OMM）上的结合伙伴却一直是个未知数。这一未知如同迷雾，阻碍着人们对细胞内这一关键机制的深入理解。为了拨开这层迷雾，来自东京大学等研究机构的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Nature Communications》上，为我们揭示了 MERCS 形成的新机制以及其在调节线粒体形态方面的重要作用。
研究人员为了探究 MERCS 形成机制及相关蛋白作用，运用了多种关键技术方法。在蛋白质相互作用研究方面，通过无偏向的邻近蛋白质组学筛选，结合 CRISPR-Cas9 介导的内源性蛋白质标记技术，准确鉴定与目标蛋白相互作用的蛋白。利用冷冻电镜断层扫描技术（cryo-ET）和相关光电子显微镜技术（CLEM），从超微结构层面观察细胞内的细微变化，分析线粒体与内质网的相互作用。借助单分子追踪技术，研究 PDZD8 在细胞膜上的动态行为。
下面来看看具体的研究结果：
- 内源性 PDZD8 的亚细胞定位：研究人员构建了敲入小鼠胚胎成纤维细胞 NIH3T3 细胞系，将荧光蛋白 Venus 序列融合到 Pdzd8 编码序列的 C 末端。通过共定位分析发现，内源性 PDZD8 存在于多个膜接触位点（MCS），但在 MERCS 处最为丰富。同时，利用时间推移成像和单分子成像技术发现，PDZD8 在整个内质网上高度移动，但在与线粒体接触的位点会显著减慢，表现出明显的捕获现象。
- 鉴定 FKBP8 为 PDZD8 的结合伙伴：为了找到 PDZD8 在 OMM 上的结合伙伴，研究人员采用了多种独立的蛋白质组学筛选方法。通过内源性 PDZD8 蛋白免疫沉淀结合质谱分析（IP-MS）、基于邻近标记的筛选（使用生物素连接酶 TurboID）以及在小鼠神经母细胞瘤细胞系（Neuro2a）中的蛋白质组学筛选，三种方法都指向了同一个蛋白 ——FKBP8。进一步的体外实验证实了 PDZD8 和 FKBP8 之间的直接相互作用，并且确定了 PDZD8 的 TM-SMP 结构域是与 FKBP8 结合的关键区域。
- FKBP8 对 PDZD8 招募至线粒体的作用：通过在 PDZD8-Venus KI NIH3T3 细胞系中敲除 Fkbp8 基因，研究人员发现 FKBP8 缺失会显著降低 PDZD8 与线粒体的共定位，这表明 FKBP8 对于将内质网蛋白 PDZD8 招募到线粒体上是必需的。
- PDZD8 和 FKBP8 对 MERCS 形成的协同作用：利用扫描电子显微镜（SEM）观察内质网和线粒体膜，并对接触位点进行分割测量，研究人员发现条件性删除 PDZD8 或敲低 FKBP8 都会显著减小 MERCS 的大小，且二者存在很强的功能相互作用，说明 PDZD8 和 FKBP8 相互依赖地连接内质网和线粒体。
- PDZD8 和 FKBP8 的共定位：免疫染色和相关分析表明，PDZD8 和 FKBP8 在 mitochondria 上共定位，且 PDZD8 在 FKBP8 存在的区域显著积累。
- 过表达线粒体 FKBP8 的影响：过表达锁定在线粒体外膜的 FKBP8（FKBP8N403K）可显著增加 PDZD8 与线粒体标记物的重叠，通过 CLEM 分析发现 PDZD8 在 MERCS 处高度积累，同时 cryo-ET 分析显示过表达 FKBP8N403K会使线粒体相关膜（MAM）与 OMM 之间的距离缩短。
- PDZD8 对线粒体复杂性的调节作用：通过对线粒体进行定量体积分析，研究人员发现 PDZD8 敲除会使线粒体复杂度指数（MCI）降低，而 FKBP8 敲低则会使 MCI 升高，且 PDZD8 敲除在 FKBP8 敲低的背景下不会进一步降低 MCI，这表明 PDZD8 通过抑制 FKBP8 来增强线粒体复杂性。
综合上述研究，研究人员成功鉴定出 OMM 蛋白 FKBP8 是 PDZD8 的结合伙伴，二者形成的复合物是 MERCS 形成的关键。同时，揭示了 PDZD8 通过抑制 FKBP8 来增强线粒体复杂性的机制。这一研究成果为深入理解细胞内的生理过程提供了新的视角，有助于进一步探究细胞内的分子调控机制以及相关疾病的发病机制。在未来的研究中，可以基于这些发现，进一步探究 PDZD8 - FKBP8 复合物在不同生理和病理条件下的作用，为开发相关疾病的治疗策略提供理论基础。
