科学家们首次发现了人类细胞中的关键蛋白质,揭开了数十年来的谜团

2020-09-14 10:59   来源: 互联网    阅读次数:3999

最近,最高学术期刊"自然"杂志以"加速预览"的形式发表了一篇以"加速预览"形式发表的研究论文,引起了广泛关注。科学家首次发现了人类细胞中的线粒体NAD+转运蛋白。这一发现不仅解决了困扰科学界几十年的谜团,而且为治疗许多与衰老相关的疾病打开了新的大门。


线粒体被称为细胞的"动力工厂",它将营养物质转化为细胞的化学能量。在线粒体介导的能量生产和细胞功能中,尼古丁腺嘌呤二核苷酸(NAD+)是不可或缺的关键分子。低水平的NAD+也是衰老的标志,与肌肉萎缩、心力衰竭和其他疾病有关。



虽然近百年来对NAD+的研究很大一部分集中在线粒体的发生过程上,但NAD+如何进入线粒体一直是个谜。科学家们在酵母和植物细胞中发现了"转运蛋白",将NAD+从细胞质输送到线粒体。然而,哺乳动物细胞中还没有发现相应的转运体,甚至怀疑存在这样的分子。


在这项研究中,科学家有了一个清晰的答案。经过实验验证,他们发现以前未知的线粒体蛋白SLC25A51,也被称为MCART 1,是人们长期在哺乳动物细胞中寻找的NAD+转运体。


为了证实该蛋白的功能,研究人员从人细胞中分离出线粒体,发现随着SLC25A51的增加,线粒体中NAD+浓度显著升高。相反,当整个细胞中NAD+总量不变时,进入整个细胞的NAD+数量没有变化,耗氧量和产生能量分子ATP的能力受到损害。


此外,同位素示踪技术还直接表明,这些人类细胞中的所有NAD+都是从细胞质中运输出来的,而不是在线粒体内合成的。


当同一家族的SLC25A51和SLC25A52在几个不同的细胞系中过度表达时,线粒体中NAD+水平升高;当SLC25A51基因敲除时,线粒体中的NAD+显著降低(照片来源:文献[1])。


我们早就知道NAD+在线粒体中起着至关重要的作用,但是它是如何到达线粒体的这个问题还没有得到解答。"宾夕法尼亚大学(Universityof宾西法尼亚)的JosephA.Baur教授,论文的共同作者说,"这一发现开辟了一个新的研究领域。"既然我们知道NAD+是如何被运输的,我们就可以在亚细胞水平上操纵它,选择性地消耗或添加这样的分子。


研究人员指出,调节NAD+水平可以针对多种疾病的治疗。过去,由于无法准确地控制线粒体,整个细胞中NAD+水平的增加或降低可能导致基因表达或其他类型代谢的意外变化。随着线粒体NAD+转运蛋白在人类细胞中的首次发现,科学家可以开发新的治疗方法。


例如,许多癌细胞严重依赖糖酵解代谢,而糖酵解和线粒体呼吸加上NAD+,激活转运水平可使细胞更倾向于呼吸,减少糖酵解,使癌细胞处于不利地位。


例如,如果心脏要不断地向周围组织提供血液,就需要大量的线粒体来产生能量。如果它能特别调节心肌细胞对NAD+的吸收,那么它有望改善衰竭心脏的功能,也可能有助于增强运动中的耐力。


虽然目前的研究还处于这些应用的早期阶段,但关于mtDNANAD+和转运基因的新研究已经打开了一扇大门。

责任编辑:无量渡口
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