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生物工程师发现调节细胞“发电站”的机制

加州大学洛杉矶分校的生物工程师及其同事已经发现了一种新的观点,即细胞如何通过将细胞切割成更小的单位来调节线粒体的大小,即提供能量的细胞部分。

生物工程师发现调节细胞“发电站”的机制

研究人员写道,用酵母蛋白证明这一发现最终可用于帮助解决与线粒体大小调节不平衡相关的人类疾病- 例如阿尔茨海默氏症或帕金森病。此外,由于具有太小或太大的线粒体可能潜在地导致无法治愈的疾病,可以想象负责该过程的蛋白质可能是未来治疗的潜在靶标。

该研究发表在ACS Central Science,由加州大学洛杉矶分校生物工程学教授Gerard Wong领导。

在细胞内,线粒体类似于用于制造气球动物的长气球。如果线粒体太长,它们就会变得纠结。已知它们的大小主要受两种蛋白质的调节,其中一种蛋白质将较长的线粒体分解成较小的大小。它们被称为细胞的“强者”,因为它们将化学能从食物转化为有助于细胞发挥其所有功能的形式。

保持线粒体的最佳尺寸对细胞的健康很重要。调节蛋白的量不足,称为Dnm1,导致线粒体变得太长并且缠结。过多的Dnm1会导致过多的短线粒体。在这两种情况下,线粒体作为细胞的供电提供者基本上无效。这种情况可能导致神经发育障碍或神经退行性疾病,如阿尔茨海默氏症或帕金森氏症。

为了更好地理解这种机制,研究人员使用他们在2016年开发的机器学习方法来确切地弄清楚蛋白质如何将一个线粒体分解为两个较小的线粒体。他们还在美国能源部研究机构Stanford Synchrotron Radiation Lightsource使用了一种称为“同步加速器小角度X射线散射”的强大技术,以了解这些蛋白质在此过程中如何使线粒体膜变形。

在这项研究之前,人们认为这些蛋白质包裹着线粒体,然后通过简单地挤压将其切成两半。团队发现,这个过程更加微妙。

“当Dnm1缠绕在线粒体上时,先前已经证明蛋白质在物理上会收紧并收缩,”Michelle Lee说,他是最近担任过加州大学洛杉矶分校生物工程博士毕业生,由Wong提供咨询,并且是该研究的两位主要作者之一。“我们发现当Dnm1接触线粒体表面时,它也使线粒体本身的区域更容易塑化,更容易进行切割。这两种效应携手并进,使线粒体分裂过程有效。”

另一位主要作者是加州大学洛杉矶分校 - 加州理工学院医学科学家培训项目的研究生欧内斯特·李,也是黄先生的生物工程研究生。他进行了实验的计算分析。

“使用我们的机器学习工具,我们能够发现Dnm1中隐藏的膜重塑活动,与我们的X射线研究一致,”Lee说。“有趣的是,通过分析Dnm1的远亲,我们发现蛋白质随着时间的推移逐渐进化出来。”

“这是一个非常意外的结果 - 没有人认为这些分子具有分裂的个性,具有生物功能所必需的两个人格,”Wong说,他也是加州大学洛杉矶分校化学和生物化学教授,并且是加州纳米系统的成员。研究所。“我们发现的多功能行为可能是蛋白质的规则而不是例外。”

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