线粒体蛋白酶与人类疾病

线粒体是真核细胞的重要细胞器,在能量转换、细胞应激、脂质合成以及细胞凋亡中具有调节作用.许多线粒体蛋白酶参与蛋白质运输、加工激活和降解过程.其中, ATP依赖性的线粒体蛋白酶通过其AAA+结构域(ATP associated multiple activity domain, AAA domain)利用ATP水解来执行线粒体蛋白质质量控制和调节蛋白降解.线粒体蛋白酶活性的改变会导致线粒体功能障碍,从而导致多种人类疾病,包括心血管疾病、神经退行性疾病、衰老和肿瘤等.本文重点综述线粒体蛋白酶1(Lon protease 1, LONP1)、酪蛋白水解蛋白酶P(caseinolytic protease, ClpP)、m-AAA(IMM-embedded AAA face to matrix)和i-AAA(IMM-embedded AAA face to intermembrane space)蛋白酶四种ATP依赖性线粒体蛋白酶及其功能,并阐述其与人类疾病的相关性和临床意义.     

外源性线粒体DNA在细胞内的重建(简报)

近年来发现人类多种神经肌肉疾病存在线粒体电子传递链(electron transport chain,ETC)缺陷。由于线粒体在遗传上受核基因和线粒体基因双重控制,给确定ETC缺陷的来源造成困难。转线粒体DNA技术是线粒体同无线粒体DNA的细胞(ρ°cells)融合,形成转线粒体DNA细胞系(mtDNA-transferred cell line,也称cytoplasmic hybrids,简称cybrids),使病人的线粒体DNA(mito-     

膜蛋白ATAD3A在线粒体质量控制中的作用

线粒体质量控制对于线粒体网络的稳态和线粒体功能的正常发挥具有重要意义。三磷酸腺苷酶家族蛋白3A(ATAD3A)是同时参与调节线粒体结构功能、线粒体动力学和线粒体自噬等重要生物学过程的线粒体膜蛋白之一。近期研究表明,ATAD3A既可与Mic60/Mitofilin和线粒体转录因子A (TFAM)等因子相互作用以维持线粒体嵴的形态和氧化磷酸化功能,又能与发动蛋白相关蛋白1 (Drp1)结合而正性/负性调节线粒体分裂,还可作为线粒体外膜转位酶（TOM）复合物和线粒体内膜转位酶（TIM）复合物之间的桥接因子而介导PTEN诱导激酶（PINK1）输入线粒体进行加工,显示出促自噬或抗自噬活性。本文对ATAD3A在调控线粒体质量控制中的作用及其机制进行了综述。     

线粒体RNA转录后加工和修饰及其与人类线粒体疾病的关联

线粒体是真核细胞内参与能量生成和物质代谢的重要细胞器,拥有自身的基因组DNA.线粒体基因的表达调控对线粒体功能的维持至关重要.根据分子生物学中心法则,遗传信息是从DNA传递给RNA,再从RNA传递给蛋白质.线粒体DNA(mtDNA)编码13个信使RNA(mRNA)、2个核糖体RNA(rRNA)和22个转运RNA(tRN...     

运动调控衰老骨骼肌UPRmt和线粒体自噬互作的机制

衰老性肌萎缩中的线粒体功能障碍与线粒体未折叠蛋白反应(mitochondrial unfolded protein response,UPRmt)和线粒体自噬构成的线粒体质量控制(mitochondrial quality control, MQC)的损伤密切相关。线粒体质量控制是线粒体维持内环境稳态的保护机制，其中UPRmt和线粒体自噬分别负责受损线粒体的修复和清除。UPRmt应对未折叠蛋白应激，维持线粒体和细胞蛋白质稳态，延长寿命并调节代谢重构，而线粒体自噬选择性地去除受损严重的线粒体，两者共同维护线粒体稳态。本文总结UPRmt与线粒体自噬的互作、衰老骨骼肌UPRmt与线粒体自噬的变化和运动逆转衰老骨骼肌UPRmt和线粒体自噬的机制，重点总结运动源的活性氧(reactive oxygen species, ROS)调控UPRmt与线粒体自噬互作的信号通路研究进展，并为衰老性肌萎缩进程中线粒体质量控制的维持提供参考。     

线粒体损伤与急性肾损伤的研究进展

线粒体是有多种重要功能的细胞器,而肾小管上皮细胞又富含线粒体,越来越多的证据表明线粒体损伤对急性肾损伤(acute kidney injury,AKI)的发病有着十分重要的作用。近来对于线粒体产能外的功能研究,如线粒体分裂融合、线粒体生成、线粒体自噬等逐渐深入,使得对AKI发病机制及防治手段有更深入的探究。本文就急性肾损伤中线粒体功能的改变、衰老相关的线粒体损伤以及可能的干预靶点的研究进展作一综述。     

泛素特异性蛋白酶30在线粒体动力学和自噬中的作用研究进展

线粒体作为细胞的能量中心,在细胞内呈现高度的动态变化,其数量、质量及功能的稳定对维持细胞的正常活动至关重要。线粒体动力学与线粒体自噬之间可互相调控,共同构成线粒体质量控制的重要环节。泛素特异性蛋白酶30 (USP30)作为去泛素化酶,既可通过线粒体融合蛋白1/2 (Mfn1/2)、线粒体动力蛋白相关蛋白1 (Drp1)等融合与分裂蛋白参与调控线粒体动力学过程,还能通过E3泛素连接酶Parkin、泛素(Ub)及电压依赖性阴离子通道1 (VDAC1)等多种信号而调控PTEN诱导激酶1 (PINK1)/Parkin途径介导的线粒体自噬,但其详细机制尚未完全阐明。本文对USP30在调控线粒体动力学和线粒体自噬中的作用与其机制进行了综述。     

线粒体在运动保护心肌免受缺血再灌注损伤中的作用

线粒体是参与心肌缺血再灌注(myocardial ischemia and reperfusion,MI/R)损伤的关键细胞器,线粒体活性氧(reactive oxygen species,ROS)爆发、Ca²⁺失调、线粒体通透性转换孔(mitochondrial permeability transition pore,mPTP)开放、线粒体肿胀、促凋亡蛋白释放等都会导致线粒体功能障碍,心肌功能受损。运动是预防MI/R损伤的有效干预手段,其保护作用可能通过线粒体来实现。运动保护MI/R损伤的线粒体机制由多种因素决定,如线粒体能量学、K_ATP通道、mPTP、线粒体跨膜电位(ΔΨ_m)、线粒体蛋白、线粒体脂质、线粒体质量控制、远程调控因子等。本文综述了MI/R产生的线粒体机制,运动对MI/R的保护作用以及线粒体在其中的作用,以期为MI/R损伤的线粒体治疗策略提供参考。     

活性氧、线粒体通透性转换与细胞凋亡

线粒体是真核细胞中非常重要的细胞器,细胞中的活性氧等自由基主要来源于此,线粒体膜的通透性转换(mitochondrial permeability transition,MPT)及其孔道(mitochondrialpermeability transition pore,MPTP)更是在内源性细胞凋亡中发挥了关键作用。持续性的线粒体膜通透性转换在凋亡的效应阶段起决定性作用,可介导细胞色素c等促凋亡因子从线粒体释放到胞浆中,进一步激活下游的信号通路,导致细胞不可逆地走向凋亡。瞬时性的线粒体膜通透性转换及其偶联的线粒体局部的活性氧爆发同样具有促凋亡的作用。线粒体通透性孔道的开放释放出大量活性氧,这些活性氧又能够进一步激活该孔道,以正反馈的形式进一步加剧孔道的打开,放大凋亡信号。活性氧、线粒体通透性转换与细胞凋亡之间具有密不可分的联系,本文根据已知的研究结果集中讨论了这三者的关系,并着重论述了该领域中的最新发现和成果。     

线粒体自噬的研究进展

线粒体自噬(mitophagy)是指细胞通过自噬机制选择性清除多余或损伤线粒体的过程,对于线粒体质量控制以及细胞生存具有重要作用。在线粒体自噬的过程中,线粒体自噬受体FUNDCl、Nix、BNIP3,接头蛋白OPTN、NDP52以及去泛素化酶UPS30、UPS8等发挥了重要的调控作用。近年来,研究发现线粒体自噬与神经退行性疾病、脑损伤以及胶质瘤相关。因此,研究线粒体自噬的分子机制具有重要意义。本文就与哺乳动物相关的线粒体自噬分子机制及最新研究进展做一综述。     

线粒体移植治疗心血管疾病研究进展

心血管疾病的发病率和死亡率逐年升高,且在世界范围内的疾病负担中占据首位。线粒体功能异常可引起细胞到组织的病变,多种心血管疾病被证实与线粒体功能障碍有关。线粒体移植(mitochondria transplantation, MTP)是一种新兴的治疗手段,用于治疗因线粒体功能障碍引起的组织损伤。经过十多年从基础实验到临床试验的发展,MTP在心血管疾病中的治疗作用逐渐被证实,并且备受关注。该文就MTP的研究基础及其在心血管疾病中的研究进展进行综述。     

提取线粒体DNA方法的比较及较纯线粒体基因获取方法的确立

目的:对2种常用的线粒体DNA提取方法进行比较,分析提取物中核DNA的存在情况,同时建立新检测方法降低线粒体假基因干扰。方法:以仅在核DNA中存在的基因β-actin作为核DNA存在的标定基因,通过PCR方法扩增线粒体DNA上的一段基因MTND5-2,并以β-actin做参比,比较常用的2种提取线粒体DNA方法的优劣,即碱法Ⅰ(先提取完整线粒体后从中获得线粒体DNA)和碱法Ⅱ(根据线粒体DNA与核DNA的结构差异,从中获得双链环状的线粒体DNA)。结果:2种线粒体DNA提取方法并不能获得仅含线粒体DNA的纯提取物,碱法Ⅰ获得的线粒体DNA纯度相对较高;以碱法Ⅰ提取物为模板进行PCR,可获得更多较纯的线粒体目的基因。结论:碱法Ⅰ较碱法Ⅱ可获得更纯的线粒体来源的目的基因;新建方法可获得较纯的线粒体基因,且是一种简单、方便、经济的方法。     

胸腺细胞和细胞器水平的线粒体膜电势研究

以地塞米松(DEX)诱导小鼠胸腺细胞凋亡;利用PI和AnneXin V/PI流式细胞术分别检测细胞晚期和早期凋亡;利用JC-1和DiOC_6(3)/PI在细胞水平检测凋亡中线粒体膜电势(△ψm)变化：抽提线粒体,利用JC-1直接染色技术检测现存线粒体△ψm情况。实验结果显示,DEX显著诱导胸腺细胞早期和晚期凋亡,凋亡细胞主要来自G_0/G_1期;细胞水平可见DEX介导与△ψm相关的J-aggregate和DiOC_6(3)可染性降低,同时介导线粒体数量显著降低,6h细胞膜完整性无显著变化：单纯线粒体检测结果显示,多数线粒体维持正常△ψm。提示,DEX介导胸腺细胞凋亡中线粒体数量降低,现存线粒体多保持着正常△ψm以维持凋亡过程细胞能量供给。     

线粒体钙单向转运体和线粒体应激关系的研究进展

钙离子(calcium ion,Ca~(2+))在线粒体功能障碍及细胞损伤凋亡过程中发挥重要的细胞信号作用。近些年来关于Ca~(2+)通道以及其调控蛋白的研究越来越多,其中,线粒体单向转运体(uniporter)复合物的结构组成及其相关蛋白的分布特点成为主要研究热点。作为uniporter复合物中关键的通道蛋白,线粒体钙单向转运蛋白(mitochondrial calcium uniporter,MCU)可顺电化学梯度摄入Ca~(2+),将Ca~(2+)从胞质转运到线粒体基质并控制转运速率,其在胞内Ca~(2+)信号转导、Ca~(2+)稳态、线粒体能量代谢以及细胞凋亡方面具有重要意义。识别调控线粒体内Ca~(2+)信号的MCU及其相关蛋白可深入阐明线粒体应激在相关疾病中的发生发展,并为进一步的疾病治疗提供理论依据。     

线粒体结构和功能改变对阿尔茨海默病发生的影响

阿尔茨海默病(Alzheimer's disease,AD)是一种以进行性认知障碍和行为损害为主要特征的神经退行性疾病,主要临床表现为认知功能障碍,同时伴发精神障碍和情绪障碍.AD患者脑中早期即表现出细胞内线粒体功能紊乱和结构变化,纠正线粒体稳态失衡及由其引起的细胞病理改变可能是早期治疗AD的潜在靶点.该文主要对线粒体...     

葛根素抗心肌细胞过氧化氢损伤的线粒体相关机制

目的:探讨葛根素(puerarin,Pue)预处理抗过氧化氢(H2O2)应激损伤的作用是否与线粒体渗透性转换孔和/或线粒体钙激活钾通道有关。方法:采用酶解分离大鼠心肌细胞模型,台盼蓝拒染法测定心肌细胞存活率;Rhodamine123孵育测定线粒体膜电位值,分离线粒体测定mPTP孔开放程度。结果:与H2O2应激组相比,Pue(0.24mmol/L)预处理5min可明显对抗H2O2应激引起的心肌细胞存活率的降低,线粒体钙激活钾通道阻断剂paxilline(Pax,1μmol/L,预处理30min)、线粒体渗透性转换孔开放剂atractyloside(20μmol/L,预处理20min)或PKC抑制剂chelerythrine(5μmol/L,预处理30min)可拮抗Pue的作用。Pue预处理或钙激活钾通道开放剂NS1619(10μmol/L,10min)都明显减弱H2O2应激引起的线粒体膜电位的去极化,线粒体渗透性转换孔开放剂atractyloside能明显减弱Pue的作用。在分离心肌线粒体模型上,Pue(0.24mmol/L,5min)显著减弱CaCl2诱导的线粒体在A520处吸光度降低,Pax(1μmol/L,5min)可拮抗Pue的作用。结论:在大鼠分离心肌细胞模型或分离线粒体模型上,Pue预处理具有抗过氧化氢应激损伤的作用,这种保护作用可能与其抑制线粒体渗透性转换孔的开放和促进线粒体钙激活钾通道的开放有关。     

线粒体捐赠—极体基因组移植治疗遗传性线粒体疾病

遗传性线粒体DNA(mitochondrial DNA,mt DNA)疾病通过母亲遗传给下一代,引起破坏性的临床结果。因无有效的治疗方法,故预防该疾病向子代传递成为首选。在患者卵子与健康者的卵子之间进行核置换,可阻止突变mt DNA向子代传递,这一技术称为线粒体捐赠。该研究成果发表前,线粒体捐赠技术包括原核移植和纺锤体移植,但这两种手段都不能彻底阻止疾病线粒体向子代传递。结果发现:极体中线粒体含量极少并与卵子拥有相同的基因组物质,故有望成为线粒体捐赠的首选核供体。基于此,利用小鼠模型比较了四种不同的生殖细胞基因组(纺锤体–染色体复合物、原核、第一极体、第二极体)移植的特点和有效性。研究结果显示,重构卵/胚胎支持正常受精、发育及诞生后代。遗传分析证实:相对于纺锤体–染色体和原核移植,极体移植产生的F1代体内携带的核供体来源的mt DNA量极少,其中第一极体移植(first polar body transfer,PB1T)子代中未检测到核供体来源的线粒体。更重要的是,mt DNA基因型在极体移植后的子二代中仍保持稳定,提示极体基因组移植有望阻止遗传性线粒体疾病向子代的遗传。     

几种鱼类线粒体ATP酶活性的比较研究

本文比较了草鱼(Ctenopharyngodon idellus)瓦氏雅罗鱼(Leucisous waleckii)和鲮鱼(Cirrhinus molitorella)在常、低温驯养时,肝细胞线粒体ATP酶活性;并采用吐温80处理线粒体,观察其对线粒体ATP酶活化能Arrhenius图折点温度的影响,讨论了线粒体ATP酶活性与鱼类低温适应能力的相关性。认为鱼类线粒体ATP酶活化能折点温度在常、低温驯养时的差异程度和鱼的抗寒性能有关;低温驯养时,线粒体ATP酶活化能折点温度的高低和鱼的低温耐受能力有关。     

线粒体移植疗法

线粒体移植(mitochondrial transplantation)曾指利用显微操作,将分离获得的正常线粒体注射到卵细胞的辅助生殖技术。近年兴起的,将线粒体直接注射到组织器官的受损部位,或注射到血液循环系统,进而发挥治疗作用的技术,同样被称为线粒体移植。在细胞研究水平,则是直接将线粒体与培养细胞共同孵育。这些技术方法也统称为线粒体疗法。该文系统综述了线粒体移植在心、脑、肝、肾、肺、骨骼肌等多种组织器官损伤模型中,在小鼠、大鼠、兔、猪等多种实验动物模型中的研究成果,以及在心脏病患儿体内的初步临床研究成果;介绍了学界提出的线粒体进入细胞、产生ATP等作用机制,及对此机制的相关质疑;同时介绍了自己课题组关于线粒体移植治疗皮肤急性光损伤和烧伤的研究成果,提出并讨论了线粒体可能不需要进入细胞即可发挥作用的假说。该文提出线粒体移植机制的内化机制和非内化机制概念,为深化线粒体移植机制研究指出新方向。     

线粒体单体型与线粒体相关的人类疾病

线粒体是一种拥有自身遗传体系的半自主细胞器,它的遗传物质线粒体DNA(mitochondrial DNA,mt DNA)随着人类的迁移、隔离、进化而形成了广泛的线粒体基因组多态性,同一祖先所具有的一些相同mt DNA SNP位点的集合称为线粒体单体型.不同的线粒体单体型会在一定程度上影响线粒体功能,从而影响整个细胞的生长,并在某些情况下导致一些个体的病变,例如Leber遗传性视神经病变、母系遗传性耳聋、Ⅱ型糖尿病、帕金森以及各种癌症等复杂疾病.本文列举总结了几种线粒体相关疾病及其与线粒体单体型如A、B、D、F、G、H、J、K、M、N、T、U、Y及一些有特点的多态位点如G11778A、A1555G、T3394C、G10398A等的相关性.