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对正常细胞功能所必需的蛋白质复合物的首次描述

严重疲劳、肌无力,甚至失明,线粒体疾病都有各种症状。事实上,大多数遗传病是由线粒体缺陷引起的。因此,了解我们细胞的这些“能量室”对于开发新的治疗方法至关重要。在《自然》杂志上发表的一项研究中,奥地利科学技术研究所(IST)的研究人员首次展示了他们工作所必需的蛋白质复合物的结构。

为了完成许多任务,细胞需要能量。在被称为线粒体的细胞动力装置中,我们食物中所含的能量被转化为ATP分子。它是一种燃料,驱动大多数细胞从肌肉收缩到DNA组装的过程。Leonid Sazanov教授和Irene Vercellino现在是第一批精确展示哺乳动物细胞中这一过程所必需的蛋白质组装的科学家。

像鱼钩一样

第一作者艾琳·维切利诺(Irene Vercellino)和萨扎诺夫教授(Prof.Sazanov)利用低温电子显微镜(cryo electron Microcopy,一种允许研究人员观察自然状态下极小样本的技术)展示了所谓的超复合物CIII2CIV的确切结构。这种蛋白质构建块的组装通过线粒体膜泵送带电粒子、质子,线粒体膜是启动细胞能量转换过程所必需的。因此,它可以完成与汽车起动电池类似的任务。到目前为止,正如研究人员现在发现的那样,这种超复合物只在植物和酵母细胞中被描述过,在这些细胞中它呈现出非常不同的形式。为了了解像我们这样的动物细胞到底是如何产生能量的,科学家们现在仔细观察了小鼠和绵羊细胞,并对此感到惊讶。

“没有人能够预测SCAF1的行为方式,”萨扎诺夫说。先前的研究已经表明,SCAF1分子在组装两种蛋白质复合物中起作用,这两种蛋白质复合物共同形成超复合物CIII2CIV。这种分子不仅与表面的两种蛋白质复合物相互作用,还深入到复合物III内部,同时与复合物IV相连。这位结构生物学家解释说:“它就像一个被鱼吞下的钩子。一旦吞下,它就出不去了。”。

很近,但不要太近

此外,科学家们还表明,超复合物CIII2CIV有两种不同的形式——锁定的和解锁的或成熟的。“在其锁定状态下,复合物III的某些部分仍然缺失,两个复合物之间的相互作用非常密切,”萨扎诺夫描述。然而,一旦它完全组装,两个复合体就通过SCAF1连接起来,而不会相互妨碍。这位白俄罗斯的英国科学家认为,“为了完成任务,综合体III可能更愿意在其运动中不受干扰。”。

另一方面,被组装成一个超级复合体,会加速它们的化学反应,这对动物有很大的好处。研究表明,缺失SCAF1分子的小鼠和斑马鱼体型明显更小、体型更小、生育能力更低。在他们最近的研究中,Vercellino和Sazanov描述了该分子在形成超复合物CIII2CIV中的作用,该超复合物可优化细胞代谢。这是谜题的最后一块:萨扎诺夫和他的团队与他们之前的研究一起,现在确定了哺乳动物线粒体中所有超复合物的结构。因此,研究小组为线粒体疾病的新治疗奠定了基础。