前沿 | 科学家首次发现线粒体基因编码第14个蛋白质

2024-05-08 09:05:00 5

中国科学院广州生物医药与健康研究院研究员刘兴国团队与合作者,首次发现线粒体可使用细胞质标准密码翻译第14个功能蛋白,打破了传统观点认为的线粒体基因只翻译13个蛋白的定律。相关研究近日发表于《细胞-代谢》。

“我们在研究中发现并证实,除13个线粒体基因编码的蛋白质外,线粒体基因细胞色素b(CYTB)可编码一个新的线粒体基因编码胞质翻译蛋白CYTB-187AA,并首次提供了基因编码胞质翻译蛋白存在的质谱证据。”作为论文通讯作者的刘兴国对《中国科学报》说。

教科书上写明哺乳动物的线粒体基因组包含37个基因,其中13个编码信使核糖核酸翻译为蛋白质、22个编码转运核糖核酸、2个编码核糖体核糖核酸。

“线粒体基因组编码的信使核糖核酸在内膜包裹的基质内,由线粒体核糖体翻译,形成内膜上呼吸链的13个蛋白质,在能量产生中发挥核心作用。”刘兴国表示,团队针对CYTB,其信使核糖核酸从线粒体出来,使用胞质核糖体的标准遗传密码编码全新蛋白质进行分析,并制定了这一187个氨基酸长的新蛋白质的抗体。

他们利用液相色谱串联质谱鉴定了CYTB-187AA的外源特征肽,在多株人、鼠的细胞中鉴定了多条匹配的内源特征肽。随后使用MoonTag系统可视化CYTB-187AA信使核糖核酸在胞质核糖体的翻译,并在多株人、鼠的细胞中检测到了CYTB-187AA。

为了验证其线粒体基因组来源,刘兴国团队比较了线粒体基因组缺失细胞和野生型细胞,发现CYTB-187AA仅在后者中表达。

在干细胞的始发态-原始态的两种多能性状态中,CYTB-187AA是原始态所必需的,并调控两种状态的转换过程。机制上,CYTB-187AA通过与线粒体磷酸转运蛋白SLC25A3相互作用,通过能量通用货币“三磷酸腺苷”依赖的方式进行调控。刘兴国团队建立了CYTB-187AA敲降小鼠模型,发现CYTB-187AA的敲降会使卵泡数量减少,从而损害雌性生育能力。

刘兴国团队通过超高分辨显微镜,发现CYTB-187AA在胞质翻译后定位到线粒体基质中,其中N端的37个氨基酸在靶向线粒体基质中起到了决定性作用。诱导多能干细胞(iPSC)与亲本成纤维细胞或其分化的肝细胞相比,CYTB-187AA在iPSC中的表达量更高,这暗示CYTB-187AA与多能性存在重要关联。

中国科学院院士、武汉大学副校长宋保亮认为,该发现进一步证实线粒体来源三磷酸腺苷的调控对卵母细胞和早期胚胎的成熟至关重要,并揭示了一种新的线粒体与细胞之间的特殊纽带联系。(来源:中国科学报

相关论文信息:https://doi.org/10.1016/j.cmet.2024.04.012