促线粒体融合蛋白在线粒体融合和细胞凋亡中的作用

一直以来,线粒体动态变化都备受关注,这不仅关系到线粒体本身,也与细胞的整体状态密切相关。线粒体动态变化主要指线粒体的分裂和融合,该过程涉及一系列蛋白质。在线粒体融合中,目前研究得较深入的促线粒体融合蛋白主要有Mfn1、Mfn2和OPA1。随着研究的深入,发现这3种蛋白质不仅对于线粒体融合有重要作用,在细胞凋亡过程中也扮演着重要角色。现就Mfn1、Mfn2和OPA1的促线粒体融合作用及其与细胞凋亡的关系作详细阐述。     

线粒体形态学改变与细胞凋亡

近年来,对于线粒体形态学以及其在凋亡过程中的改变和作用的研究打破了传统的观点。正常情况下,线粒体在细胞内相互连接成管网状结构,并发生着频繁的融合与分裂。融合和分裂由一系列蛋白质介导,二者之间的动态平衡维持着线粒体的形态和功能。在细胞凋亡的早期,线粒体融合和分裂失平衡,导致线粒体管网状结构碎裂和嵴的重构,这些改变对线粒体随后的变化以及凋亡的发生具有重要的意义。融合和分裂的蛋白质不仅调控线粒体形态和细胞凋亡过程,也和某些凋亡相关疾病有关。此外,促凋亡的Bcl-2蛋白可能通过改变线粒体的构形来调控凋亡过程。     

线粒体小分子G蛋白

近年来,在线粒体上发现一类G蛋白,属于一类单体小分子GTP结合蛋白家族。该类蛋白质的主要作用可能参与线粒体膜融合,因而可能对线粒体的生理过程发挥重要的调节作用。目前认为,线粒体小分子G蛋白可能通过介导膜融合方式参与线粒体蛋白质的转运、类固醇激素的合成,以及精子生成等过程。     

线粒体质量控制失调与恶性肿瘤发生和发展相关性的研究进展

线粒体活性氧增多、线粒体DNA突变和拷贝数改变、Ca~(2+)超载、凋亡异常等功能障碍与肿瘤发生、生长、侵袭、转移密切相关.随着研究的逐渐深入,人们认识到线粒体是个动态的细胞器,在生理、病理因素刺激下,经线粒体融合/分裂、线粒体自噬、线粒体生物合成以及线粒体分子伴侣和线粒体未折叠蛋白反应的协同调控,在细胞器和分子水平达到对线粒体及其蛋白质的质量控制,限制和延缓功能受损线粒体的积累和过度增多,维持线粒体数量、形态、功能和蛋白质量的动态平衡,保证细胞正常生命活动的进行,使其更好地适应环境.若线粒体及其蛋白的稳态调节能力下降或失衡,会导致受损线粒体的积累并引发细胞内环境的紊乱,影响线粒体功能的正常发挥,从而诱导正常细胞的恶性转化.     

线粒体融合蛋白Mfn1/2的结构和功能

线粒体融合素基因（mitofusin gene,Mfn）在哺乳动物中编码两种蛋白质分子,Mfn1和Mfn2,它们在线粒体融合、分裂与细胞凋亡中起重要作用,调控着线粒体形态的动态变化。另外,Mfn1/2还参与线粒体的能量代谢并与相关疾病的发生有着密切关系。     

线粒体融合

线粒体融合对于保持线粒体的完整性和动态变化具有重要的意义,通过在酵母、线虫、果蝇等生物的研究已经确定了融合过程的大致轮廓,线粒体融合需要3种蛋白质,其中2种GTP酶,需要GTP水解和内膜电势存在的一个连续过程,这些研究为线粒体融合过程的全面理解奠定了基础。     

线粒体动力学调控机制及其在肾脏病理生理学中的作用

线粒体是一种动态变化的细胞器,它通过不断的融合、分裂来维持线粒体的形态、数量和功能稳定,这一过程称为线粒体动力学,是线粒体质量控制的重要机制。线粒体的过度融合与分裂都会导致线粒体动力学的稳态失衡,引起线粒体功能障碍,导致细胞损伤甚至死亡。肾脏的生理活动主要由线粒体供能,线粒体动力学稳态失衡影响着线粒体功能,与急性肾损伤、糖尿病肾病等肾脏疾病密切相关。本文对线粒体动力学的调节、线粒体动力学稳态失衡如何导致线粒体损伤以及线粒体损伤对肾脏病理生理学的影响进行综述,以加深对肾脏疾病中线粒体作用的理解与认识。     

线粒体分裂蛋白1在人宫颈癌细胞中过表达能促进线粒体裂变并降低细胞的增殖和迁移能力

线粒体是持续进行分裂和融合的动态细胞器。近年来,除了线粒体代谢作用相关的研究之外,线粒体动力学也开始逐渐引起研究的关注。越来越多的研究表明,线粒体动力学与肿瘤细胞生物学行为具有相关性。线粒体分裂蛋白1(mitochondrial fission protein 1, FIS1)介导线粒体分裂复合物的组装,参与线粒体分裂,是线粒体融合分裂过程中重要的蛋白质。然而,鲜有研究揭示FIS1在人宫颈癌中的表达及其作用。本研究对比了宫颈癌组织以及癌旁组织的转录物组数据,结果显示,与癌旁组织相比,人宫颈癌组织中的FIS1 mRNA水平明显降低(P<0.01)。进一步进行宫颈癌组织FIS1高表达组与低表达组的差异基因分析,发现差异基因主要与线粒体功能相关。随后,进行FIS1过表达后HeLa细胞增殖、迁移、线粒体裂变以及ROS水平的相关分析。结果显示,过表达FIS1基因,HeLa细胞增殖及迁移能力显著降低,细胞内线粒体裂变程度加剧并且细胞内ROS水平升高。综合以上结果,FIS1在人宫颈癌细胞中表达水平较低,而过表达FIS1可促使宫颈癌细胞因线粒体动力学失衡而发生一系列生物学功能异常。因此,本研究为进一步研究FIS1在宫颈癌治疗中的作用奠定了重要基础。     

线粒体和细胞核的互作

线粒体是一个半自主的细胞器,它有自己的基因组,能进行ＤＮＡ的复制、转录和翻译,可以编码自身的ｒＲＮＡ、ｔＲＮＡ以及少量蛋白质。但这些过程并不是线粒体完全独立地进行的,它离不开核基因组的指导与调控。线粒体基因表达所必需的一些蛋白质,如ＲＮＡ聚合酶、核糖体大亚单位以及许多调控因子都是由核基因编码,在细胞质的核糖体上合成后,运输进线粒体后再起作用。线粒体功能的正常发挥需要线粒体基因组和核基因组的互作。组成呼吸链的一系列结构蛋白是由线粒体和细胞核共同编码的,这些蛋白质的正确组装,受核基因的控制。同时,研…     

线粒体中的遗传物质

本文介绍了与高中生物课有关的线粒体遗传物质的复制、转录、蛋白质的合成,以及线粒体遗传物质和细胞核遗传物质之间的相互关系,可供师生在“细胞的结构和功能”一节教学中参考。     

线粒体蛋白质组学研究进展

线粒体是真核生物中重要的细胞器,其包含的全部蛋白质称为线粒体蛋白质组。人类线粒体大约包含1500多种蛋白质,由核基因和线粒体基因共同编码。线粒体是细胞能量合成和物质代谢的中心,其功能障碍将直接或问接引起许多疾病。目前线粒体蛋白质组学正是系统性地研究线粒体在生理、病理过程中的功能变化以及研究疾病发生机制的重要方法。将线粒体蛋白质组的研究方法、研究进展、线粒体蛋白质组的性质及其在相关疾病研究中的作用进行综述,并对线粒体蛋白质组学在疾病发生机制和诊断治疗中的发展前景进行展望。     

线粒体融合与分裂在中枢神经系统疾病中的研究进展

线粒体是一种高度动态的细胞器,通过不断的融合和分裂维持其动态平衡,参与生理病理功能调节。线粒体融合与分裂主要由融合分裂相关蛋白调控,如Drp1、Fis1、Mfn1、Mfn2、OPA1等,多种诱导因子通过调节线粒体融合分裂相关蛋白表达及活化进而调节线粒体形态和生理功能。现有研究表明线粒体融合分裂的异常可能是许多中枢神经系统疾病的发病机制之一。本文从线粒体融合分裂的分子调控机制及其在缺血性脑中风、帕金森综合征和阿尔兹海默症等中枢神经系统疾病中的研究进展方面进行综述,为相关疾病的防治提供一定参考和线索。     

线粒体动力学在糖尿病心肌病中的作用及调节机制

心血管并发症是糖尿病患者死亡的首要原因。其中,糖尿病心肌病是排除了高血压、冠心病所致的心肌损伤后的一类特异性心肌病,其特征在于心肌细胞的代谢异常和心脏功能的逐渐衰退,临床表现为早期心肌舒张功能受损,晚期心肌收缩功能受损,最终发展为心力衰竭。线粒体是心肌细胞内提供能量的主要细胞器,线粒体动力学是指线粒体进行融合和分裂的动态过程,是线粒体质量控制的重要途径,线粒体动力学在维持线粒体稳态与心脏功能中起着至关重要的作用。调节线粒体分裂的蛋白主要是Drp1及其受体Fis1、MFF、MiD49和MiD51,执行线粒体外膜融合的蛋白为Mfn1/2,内膜融合蛋白为Opa1。本文综述了近期在糖尿病心肌病线粒体动力学方面的系列研究成果：1型与2型糖尿病心肌病的线粒体动力学失衡均表现为分裂增加与融合受阻,前者的分子机制主要是Drp1上调与Opa1下调,后者的分子机制主要为Drp1上调与Mfn1/2下调,线粒体分裂增加和融合受阻可导致线粒体功能障碍,促进糖尿病心肌病的发生、发展。中药单体安石榴苷、丹皮酚和内源性物质褪黑素等活性成分可通过抑制线粒体分裂或促进线粒体融合,改善线粒体功能,减轻糖尿病心肌病症状。本文...     

线粒体蛋白质组研究的进展

应用蛋白质组技术已对正常人胎盘和大鼠肝线粒体蛋白质进行分离与鉴定,补充了线粒体蛋白质组数据库,并且通过比较蛋白质组学研究技术寻找病理条件下线粒体差异表达的蛋白质,为疾病的诊断和治疗提供作用靶标。随着蛋白质组技术的发展和完善,一些新方法也被应用于线粒体蛋白质的研究,推动了线粒体研究的发展。线粒体蛋白质组研究虽然已取得了一些成果,但线粒体蛋白质组数据库中的数据仍较匮乏,并且还有一些问题亟待解决和改善。     

线粒体动力学改变在神经变性疾病中的地位

线粒体是一种处于高度运动状态的细胞器,频繁地出现分裂和融合,线粒体分裂和融合的动态过程被称为线粒体动力学。对于神经元来说,线粒体的动力学过程具有十分重要的生物学意义。已知线粒体融合介导蛋白的功能缺失性突变可以导致常染色体显性遗传性视神经萎缩和Charcot-Marie-Tooth病等神经变性疾病。近来发现,在迟发性神经变性疾病中,线粒体动力学的改变也具有重要地位。本文将在线粒体动力学的分子调控以及与细胞死亡的关系、在神经变性疾病中的地位等方面综述这一领域的最新进展。     

线粒体分裂、融合与细胞凋亡

线粒体是高度动态变化的细胞器,其在细胞内不断分裂、融合并形成网状结构。线粒体的分裂和融合是由多种蛋白质精确调控完成的。Drp1／Dnm1p,Fis1／Fis1p,Caf4p和Mdv1p参与线粒体分裂的调控;Mfn1／2／Fzo1p控制线粒体外膜的融合,而Mgm1p／OPA1则参与线粒体内膜的融合。在细胞凋亡过程中线粒体片段化,网状结构被破坏,线粒体嵴发生重构,抑制这一过程可以部分抑制细胞色素c的释放和细胞凋亡。线粒体形态对于细胞维持正常生理代谢和机体发育起着重要的作用,一旦出现障碍会导致严重的疾病。     

α-突触核蛋白N-端结构域参与线粒体功能的调控

目的：确定α-Synuclein蛋白与线粒体相互作用的功能结构域,并检测该结构域对线粒体功能的影响。方法：构建重组融合蛋白质粒pCMV-myc/α-Syn-WT、pCMV-myc/α-Syn-N和pCMV-myc/α-Syn-△N,转染人胚肾HEK293T细胞,通过免疫共沉淀明确α-Synuclein蛋白与线粒体相互作用的功能结构域。使用表达α-Synuclein蛋白的病毒上清感染小鼠多巴胺能神经细胞MN9D,通过免疫荧光、流式细胞术检测线粒体膜电位及Cytochrome c释放。结果：成功构建了pCMV-myc/α-Syn-WT、pCMV-myc/α-Syn-N和pCMV-myc/α-Syn-△N融合蛋白质粒,免疫共沉淀明确α-Synuclein N-端为其功能结构域,JC-1染色发现N-端使线粒体膜电位降低,流式细胞术证实N-端使Cytochrome c释放明显增加。结论：α-Synuclein N-端是其与线粒体相互作用的功能结构域,N-端降低线粒体功能。     

线粒体LncRNA

长链非编码RNA（long noncoding RNAs,lncRNAs）是一类长度大于200个核苷酸的非蛋白质编码RNA。绝大多数lncRNA来源于核基因组。但近年研究发现,一些lncRNA是由线粒体基因组编码、转录而成,或定位于线粒体。本文将从线粒体lncRNA的发现与主要种类、线粒体lncRNA的加工和结构,以及它们的功能和应用等几个方面,对线粒体lncRNA进行阐述。线粒体lncRNA可能成为心血管疾病或肿瘤诊断的生物标志物,或在调控线粒体基因表达等方面发挥重要功能。     

跑台运动改善海马线粒体功能提高APP/PS1小鼠学习记忆能力

为研究跑台运动对APP/PS1小鼠海马线粒体融合、分裂作用的影响,将遗传背景为C57BL/6的3月龄APP/PS1小鼠和野生小鼠各42只分别随机分为APP/PS1安静对照组（ADC,n=21）和运动组（ADE,n=21）,野生安静对照组（WTC,n=21）和运动组（WTE,n=21）。ADE、WTE组进行12周跑台运动,同时ADC、WTC组置于安静跑台环境。水迷宫实验检测小鼠的空间学习记忆能力,RT-PCR法检测线粒体功能关键酶的mRNA水平,Western印迹检测海马融合、分裂及线粒体关键酶的蛋白质表达情况,透射电镜观察海马线粒体融合、分裂状态。结果发现,6月龄APP/PS1小鼠学习记忆能力降低（P<0.05）;海马线粒体融合蛋白质Mfn1、Mfn2、Opa1表达降低（P<0.05）,线粒体分裂蛋白质Drp1、Mff表达增高（P<0.05）;线粒体膜结构模糊,嵴不明显,线粒体碎片增多,空泡化线粒体增多;线粒体呼吸关键酶COX IV及ATP合酶表达均下调（P<0.05）。12周跑台运动可逆转APP/PS1小鼠的上述变化,改善海马线粒体结构和功能,提高学习记忆能力。综上提示：12周跑台运动改善APP/PS1小鼠学习记忆能力的机制可能与其对线粒体结构与功能的改善有关。     

线粒体动力学及线粒体自噬调控机制的研究进展

线粒体形态和功能的异常与多种疾病的发生密切相关。线粒体通过不断的分裂和融合,维持线粒体网络的动态平衡,该过程称为线粒体动力学,是维持线粒体形态、分布和数量,保证细胞稳态的重要基础。此外,机体还通过线粒体自噬过程降解胞内功能异常的线粒体,维持线粒体稳态。线粒体动力学与线粒体自噬二者之间可相互调控,共同维持线粒体质量平衡。探讨线粒体动力学和线粒体自噬的调控机制对揭示多种疾病发生的分子机制、开发新的靶向线粒体动力学蛋白或线粒体自噬调控蛋白的药物具有重要意义。本文从线粒体动力学与线粒体自噬出发,对线粒体动力学调控机制、线粒体自噬及其发生机制以及二者的相互作用关系、线粒体动力学及线粒体自噬与人类相关疾病等方面作一综述。