线粒体内的一些蛋白需要细胞核编码,在胞浆合成后转运到线粒体内部。细胞有相关转通路,此次整理分享的文章关注的是当转运受阻,发生“交通事故”之后细胞是如何做出反应,调动各种蛋白来疏导的!
首先“造模”:Cox5a以前体(pre)形式转运到线粒体后N段会被切去一部分生成Cox5a,以Cox5a前体的量为指标反映线粒体蛋白的转运情况。过表达一系列线粒体相关蛋白后发现某些蛋白会造成Cox5a前体“堆积”,这几个蛋白都含双向信号(CCCP能影响线粒体膜电位,也会造成蛋白“堆积”)
根据上面双向信号的提示,过表达其他双向信号蛋白也会造成cox5a前体“堆积”
选取PSD1过表达系统为模型,PSD1过表达能使一系列含前体序列的蛋白发生“堆积”
既然因为转运受限发生了蛋白堆积,那么堆积发生在什么位置,文章作者没有用显微镜进行定位研究,而是分别提取不同位置的蛋白后WB验证,发现CCCP处理或PSD1过表达后,Cox5a前体堆积在线粒体而非胞浆
从细胞中分离出线粒体,碳酸钠处理后WB检测不溶部分(P)和可溶部分(S),发现Cox5a前体蛋白和线粒体结合的比较紧密,并不会被碳酸钠从线粒体中“洗出”(另一蛋白Cis1则结合的不那么紧密会被“溶”到碳酸钠中)
同样在线粒体转运受限的条件下,无跨膜序列的蛋白Sod2的前体也紧密结合在线粒体上,不会被碳酸钠溶出,说明线粒体转运受限时,蛋白堆积定位于线粒体并不依赖于跨膜序列稳定
对PSD1进行序列分析,发现Cox5a前体堆积定位于线粒体是依赖于PSD1上线粒体靶向序列MTS和疏水序列HS的
前面发现PSD1过表达能引起线粒体转运障碍,造成Cox5a前体紧密的堆积在线粒体,那堆积之后细胞会有什么反应呢?测序发现:转录因子PDR3表达增加
根据测序结果的提示,以转录因子PDR3的下游Cis1为指标看过表达PSD1后Cis1的表达情况:PSD1过表达会促进Cis1的表达,且促进作用是PDR3依赖的
过表达不引起线粒体转运障碍的蛋白测不会促进Cis1的表达
对PSD1进行序列分析,找到上面关键的序列:依然是MTS、HS
敲掉线粒体转运受限之后上调的PDR3或促进转运的ATP1-111后,Cis1表达下调,暗示线粒体表面发生蛋白堆积时Cis1表达会升高
前面找到确证了PDR3和转运受限的关联,开始看PDR3的功能:敲掉PDR3后,堆积的cox5a前体降解速度变慢,暗示PDR3有“疏导交通,缓解拥堵”的作用
验证一下PDR3的“疏堵”作用:过表达PDR3能够减少Cox5a前体的堆积
PSD1过表达造成转运障碍后线粒体耗氧减少,敲掉PDR3后耗氧进一步减少,暗示PDR3对于线粒体呼吸的作用
刺激细胞造成线粒体转运障碍会出现线粒体DNA缺失的rho-cells,敲掉PDR3线粒体DNA缺失的细胞增多,暗示PDR3对线粒体的保护作用,综合起来讲PDR3能促进堆积的蛋白降解,保护线粒体(呼吸、线粒体DNA)
Cis1是PDR3的下游,前面的结果也发现了Cis1和线粒转运障碍存在关联,进行定位研究发现Cis1定位于线粒体
敲掉Cis1和敲掉PDR3一样,会使线粒体DNA丢失,而连续表达Cis1会减少Cox5a前体的堆积、增加成熟Cox5a的量,暗示位于PDR3下游的Cis1参与PDR3对线粒体转运障碍时的保护
敲掉Msp1后,转运障碍条件下Cox5a前体堆积加重,成熟Cox5a减少,正常条件下缺失Msp1则不会造成Cox5a前体堆积,暗示Msp1只在“病理”条件下参与
Msp1缺失条件下,连续表达Cis1促进Cox5a前体降解的作用消失,暗示Cis1通过Msp1发挥“疏堵”作用
Cis1和Msp1互作
Cis1定位于线粒体是外膜蛋白Tom70依赖的
Tom70、Msp1、Cis1三者存在互作,且互作会因为转运障碍增强
综合起来:线粒体转运功能受限后,PDR3上调,进而上调位于其下下游的Cis1,Cis1通过Tom70定位于线粒体表面,召集Msp1,最终促进堆积于线粒表面蛋白的降解
细胞是台精密的机器,包含各种信号通路调控各种功能、应对各种场景!文章作者由线粒体蛋白需要细胞核编码、胞浆合成后转运到线粒体想到一种场景,即转运受阻!由这个设想出发自己搭建起模型,然后一步一步摸索,理清细胞在分子层面是如何动员起来“疏堵”的 - 是自己发现问题,然后组织方法、解决问题,而非被动的解决别人提出的问题!
Weidberg H, Amon A. MitoCPR-A surveillance pathway that protectsmitochondria in response to protein import stress[J]. Science, 2018, 360(6385):eaan4146.
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