减少的线粒体有什么作用

几年前，科学家们发现了一个奇怪的没有线粒体的原生动物(氧化单胞菌)病例。此后，来自查尔斯大学理学院和BIOCEV研究中心的Hampl副教授的研究小组一直在询问线粒体的独特丢失是如何发生的。

在发表在《当代生物学》杂志上的一篇论文中，Hampl副教授的团队以JustynaZítek为第一作者，使用了氧单胞菌最接近的已知亲属，一种被称为Paratrimastixpyriformis的自由生活鞭毛虫，作为模型物种。这个物种确实有线粒体，但它们大大减少了。该团队专注于丢失线粒体的最近亲属的外观，以及这种减少的线粒体实际上为生物体提供了什么。通过这种方式，科学家们可以了解线粒体的减少是如何进行的，是什么让氧化单胞菌如此独特以至于它们能够完全摆脱线粒体。

线粒体的关键功能之一是铁硫簇的合成，它几乎总是从那里开始，即使在大大简化了这些细胞器的生物体中，例如肠贾第鞭毛虫。几年前，Hampl的团队表明，包括自由生活的Paratrimastix在内的更广泛的氧单胞菌群具有不同的铁硫簇合成途径，似乎在细胞质中运行。

“我们当时认为这种途径交换与氧单胞菌中线粒体的损​​失有关。然而，我们仍然对它在Paratrimastix中的情况感兴趣，因为虽然它经历了这种交换，但它仍然有线粒体，所以我们没有我真的不知道这种细胞器是如何对细胞有益的，”弗拉基米尔·汉普尔在解释这项新研究的背景时说。

从之前的研究中，很明显Paratrimastixpyriformis的线粒体含有一种称为甘氨酸切割系统的蛋白质复合物。这种复合物存在于许多其他通常自由生活的厌氧原生生物中。在包括人类在内的模式生物的线粒体中，这种复合物分解氨基酸甘氨酸形成NADH，下游反应产生甲基化叶酸和甲酸，随后在细胞质中用于需要甲基的各种反应。然而，尚未了解甘氨酸裂解系统在减少线粒体中的用途。

JustynaZitek和她的团队使用了一种先进的蛋白质组学方法，称为LOPIT(通过同位素标记定位细胞器蛋白)，其中生物体的细胞被裂解，然后通过差速离心制备几个部分。研究人员准备了九种不同的颗粒——沉淀的细胞部分。“快速沉淀的细胞成分将更多地出现在第一部分中，”VladimírHampl解释说。

然后，该团队用同位素标签标记这些馏分，将它们混合在一起并在质谱仪中测量混合物。通过这种方式，他们确定了超过5000种蛋白质，并将其中许多分配到细胞区室中。“该方法的诀窍在于，同一隔室中的蛋白质会沉淀在一起，因此它们在各个部分中的表现将是相似的;我们称之为轮廓。因为对于某些蛋白质，我们事先知道它们属于哪个隔室，我们知道哪个隔室profile看起来像并且可以匹配其他蛋白质，”Hampl补充道。使用多元和先进的分类方法，该团队试图根据蛋白质的概况将蛋白质分配到细胞中的特定隔室。

该研究的主要输出是对Paratrimastixpyriformis物种线粒体蛋白质组的描述，统计分析已将大约30种蛋白质分配给该物种。由此，研究人员能够推断出甘氨酸裂解系统之后是一系列三个进一步的反应，类似于人类线粒体中的情况，从初始产物到最终产物甲酸产生更多的叶酸衍生物，形成了。

汉普尔补充说：“事实证明，减少的线粒体显然对生物体具有重要作用，这不是铁硫辅助因子的合成，而是细胞质中甲基化化合物的合成。”厌氧原生生物的简单线粒体还没有类似的东西。

从方法学的角度来看，这项工作也很重要，因为它表明LOPIT技术可用于研究用细菌混合物培养的非模式生物，否则这些细菌很难在生化或蛋白质组学上进行表征。

“我们的研究是第二项将LOPIT方法全面应用于原生动物的工作。这是一个非常优雅的程序，很高兴表明它甚至可以应用于相对肮脏的生物体培养物，否则我们会发现很难学习，”VladimírHampl总结道。