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Nature:重磅!新生的过氧化物酶体是一种杂合细胞器

2021-11-30 08:40:49

来源:雷火app官网 作者:雷火亚洲电竞先驱

  2017年2月15日/生物谷BIOON/---就像人体本身一样,细胞具有执行特定任务的结构。这些细胞结构被称作细胞器,多了解细胞器是揭示某些细胞为何发生差错而导致帕金森病等疾病的关键。 在一项新的研究中,来自加拿大麦吉尔大学的Ayumu Sugiura、Sevan Mattie、Julien Prudent和Heidi M. McBride研究了被称作过氧化物酶体(peroxisome)的细胞器的起源。他们发现这种非常重要的细胞器有两个起源,这在细胞生物学领域上是非常独特的。相关研究结果发表在2017年2月9日的期刊上,论文标题为“Newly born peroxisomes are a hybrid of mitochondrial and ER-derived pre-peroxisomes”。McBride为这篇论文的通信作者。

  过氧化物酶体是小的膜包围的细胞器。它们将细胞中具有很高毒性的过氧化物降解为水。这项研究探究了过氧化物酶体是如何在哺乳动物细胞中产生的。McBride及其团队获得了一项令人吃惊的发现:新的过氧化物酶体是作为一种杂合细胞器(hybrid organelle)形成的。这意味着它们来自两个不同的来源,即内质网和线粒体这两种细胞器。

  这是首次在细胞中发现这样的一种杂合细胞器。已知线粒体和过氧化物酶体是隔绝的自给自足的细胞器,能够依靠它们自己生长和分裂。从这个角度而言,这两种细胞器总是非常独特的。线粒体有它们自己的DNA,这种DNA是由作为它们早期起源的α-变形菌(alpha-proteobacteria)残留下来的,而且线粒体仍然保持相当大的自主性。过氧化物酶体更加复杂,但是人们普遍接受的看法是除了它们的自主生长和分裂之外,它们有时是作为内质网的一部分而产生的。这项研究将使人们对这种看法进行完整的重新评估。

  除了含有降解过氧化物的酶之外,过氧化物酶体也在降解复杂的脂肪酸中发挥着至关重要的作用。很多人类疾病是这个通路发生突变的结果,比如,在X-连锁肾上腺脑白质营养不良(X-linked adrenoleukodystrophy)中,因存在这些突变,这种细胞器积累着极长链脂肪酸和侧链脂肪酸。但是,过氧化物酶体也在不同的组织中发挥着特异性的作用,比如,在肝脏中,它们容纳着制造胆汁的酶,所产生的胆汁在转运到肠道中后会降解食物。在大脑中,它们在制造一种特定的被称作缩醛磷脂的保护性脂质中起着不可或缺的作用。在大脑中,神经元是由髓鞘包围着的,而在髓鞘中,缩醛磷脂占将近70%。因此,它们是非常重要的细胞器,它们在疾病中的作用在很大程度上并未得到研究。

  不清楚的是,过氧化物酶体功能障碍如何可能导致神经退行性疾病,特别是多发性硬化症。在多发性硬化症中,髓磷脂丢失,轴突暴露出来。如今,这些研究人员正在研究过氧化物酶体如何在多发性硬化症模型中发挥功能,增加它们的数量是否可能有助重建髓鞘。这项研究为研究过氧化物酶体形成和生长提供一种新的框架,从而允许人们研究更加复杂的与疾病非常相关的系统。

  在很多罕见的疾病中,过氧化物酶体不能够形成,或者不能够执行它们的功能。比如,患有脑肝肾综合征(Zellweger syndrome)的病人完全缺乏过氧化物酶体,或者具有“空着的”不能发挥功能的过氧化物酶体。这些病人的病情非常严重,这是因为他们不能够制造髓磷脂,也不能够制造胆汁,而且积累着包括从过氧化物到脂肪酸在内的很多毒性代谢物。这些病人的寿命仅有几个月到大约两年。当前还没有治疗这些病人的方法,因此了解人们如何可能触发新的过氧化物酶体产生可能在开发新的治疗策略中发挥着重要的作用。

  众所周知,线粒体是“细胞的能量工厂”,利用人们呼吸的氧气将葡萄糖和脂肪转化为细胞能量。然而,线粒体的功能远不止于此。与过氧化物酶体一样,线粒体执行着很多生化任务。线粒体和过氧化物酶体执行着一些相同的任务,特别是降解脂肪酸,产生肝脏中的胆汁和大脑中的缩醛磷脂。这两种细胞器也在降解毒性物质中发挥着重要作用。然而,在此之前,人们并不知道线粒体参与新的过氧化物酶体形成。

  在这项新的研究中,这些研究人员发现在来自缺乏过氧化物酶体的脑肝肾综合征病人的皮肤细胞中,一些过氧化物酶体蛋白插入到线粒体中,而其他的过氧化物酶体蛋白靶向内质网。这些蛋白随后被包装进从每个细胞器(指的是线粒体和内质网)中分泌出来的小膜囊泡内。当这些小膜囊泡融合在一起时,这些之前分隔在不同细胞器中的蛋白如今汇集在一起,并且组装成一种更大的蛋白复合物。这种蛋白复合物像一扇门那样发挥作用,允许许多过氧化物酶体蛋白和酶进入新产生的过氧化物酶体中。

  他们也在正常的过氧化物酶体数量显著下降的健康细胞中观察到这种情形,这提示着某种检测机制“知道”何时从头制造过氧化物酶体,何时让它们利用事先存在的过氧化物酶体进行生长和分裂。这种检测机制如何在大脑或其他的器官中发挥作用是我们未来研究的一个主要问题。

  这些研究人员希望这项研究可能为这种至关重要的尚未得到充分研究的细胞器提供新的认识。线粒体功能障碍越来越与很多疾病相关联,如帕金森病、多发性硬化症、阿尔茨海默病和很多其他疾病。考虑到线粒体和过氧化物酶体存在密切的关联性,他们想知道线粒体功能障碍如何影响过氧化物酶体活性和产生,以及这如何可能导致疾病恶化。这也提出了很多新问题,这是因为如今必须更好地理解启动新生的过氧化物酶体形成的机制和信号,以及它们在导致罕见的和常见的疾病中发挥的作用。他们认为这项研究将对过氧化物酶体生物学领域产生重大的影响,而且最终也将理解对人类疾病进展的影响。(生物谷

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