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孙育杰/李栋团队合作揭示线粒体DNA分配新机制

日期:2020-09-09  浏览次数:559

来源:BioArt


在人类细胞中,成百上千个线粒体DNA(mtDNA)以拟核(nucleoids)的形式均匀分布在线粒体网络中。线粒体拟核在细胞中的均匀分布对维持mtDNA的稳定以及线粒体正常行使功能至关重要【1, 2】目前的观点认为,线粒体拟核在线粒体中的均匀分布依赖于线粒体的融合和分裂过程【3-6】。然而,细胞内是否存在拟核的主动运输过程,以及这种主动运输过程是如何帮助线粒体拟核实现均匀分布目前尚无定论。


2020年9月8日,北京大学生物医学前沿创新中心(BIOPIC)孙育杰课题组与中国科学院生物物理所李栋课题组合作,在Nature Communications杂志上发表文章ER-mitochondria contacts promote mtDNA nucleoids active transportation via mitochondrial dynamic tubulation,报道了线粒体拟核的一种新型分配机制。


线粒体动态管化是指马达蛋白KIF5B在线粒体本体上沿着微管拖出一条动态细管【7】。研究人员利用GI-SIM超分辨成像技术,发现线粒体拟核可以随着线粒体动态管化过程进入拖出的细管并最终定位在管子尖端。研究者发现线粒体拟核随着动态管化运动的过程不只是一种搭车行为,线粒体拟核会以超过管子延伸的速度在细管中做主动运动


此外,研究人员还发现动态管化过程经常起始于内质网与线粒体的互作位置,这也是mtDNA广泛存在与合成的位


接下来,研究人员发现位于内质网与线粒体互作位置的线粒体拟核可以通过线粒体内膜蛋白Mic60以及外膜蛋白Miro1间接地与KIF5B蛋白相互作用,从而随着KIF5B介导的动态管化过程进行主动运动(下图)最后,研究者发现,由线粒体动态管化介导的拟核运输对拟核在线粒体外围网络中的分布非常重要。


综合以上结果,文章提出线粒体拟核可以通过起始于内质网与线粒体互作位置的动态管化进行运输,并对其分子机制进行了探究。该模型对解释线粒体拟核在线粒体网络中的分布提供了新的视角,对研究线粒体拟核在相关疾病以及衰老中的功能具有重要意义。


据悉,北京大学BIOPIC & 生命科学学院的秦金珊博士为文章第一作者。北京大学BIOPIC & 生命科学学院 & 膜生物学国家重点实验室研究员孙育杰,中科院生物物理所研究员李栋为本文的共同通讯作者。

 

原文链接:

https://www.nature.com/articles/s41467-020-18202-4


参考文献:


[1] Friedman JR, Nunnari J. Mitochondrial form and function. Nature 505, 335-343 (2014).

[2] Nunnari J, Suomalainen A. Mitochondria: In Sickness and in Health. Cell 148, 1145-1159 (2012).

[3] Iborra FJ, Kimura H, Cook PR. The functional organization of mitochondrial genomes in human cells. BMC Biol 2, 9 (2004).

[4] Chen H, et al. Mitochondrial Fusion Is Required for mtDNA Stability in Skeletal Muscle and Tolerance of mtDNA Mutations. Cell 141, 280-289 (2010).

[5] Chen H, McCaffery JM, Chan DC. Mitochondrial fusion protects against neurodegeneration in the cerebellum. Cell 130, 548-562 (2007).

[6] Ban-Ishihara R, Ishihara T, Sasaki N, Mihara K, Ishihara N. Dynamics of nucleoid structure regulated by mitochondrial fission contributes to cristae reformation and release of cytochrome c. Proc Natl Acad Sci U S A 110, 11863-11868 (2013).

[7] Wang C, et al. Dynamic tubulation of mitochondria drives mitochondrial network formation. Cell Res 25, 1108-1120 (2015).