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        生物工程師發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)細(xì)胞“發(fā)電站”的機(jī)制

        加州大學(xué)洛杉磯分校的生物工程師及其同事已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種新的觀點(diǎn),即細(xì)胞如何通過將細(xì)胞切割成更小的單位來調(diào)節(jié)線粒體的大小,即提供能量的細(xì)胞部分。

        生物工程師發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)細(xì)胞“發(fā)電站”的機(jī)制

        研究人員寫道,用酵母蛋白證明這一發(fā)現(xiàn)最終可用于幫助解決與線粒體大小調(diào)節(jié)不平衡相關(guān)的人類疾病- 例如阿爾茨海默氏癥或帕金森病。此外,由于具有太小或太大的線粒體可能潛在地導(dǎo)致無法治愈的疾病,可以想象負(fù)責(zé)該過程的蛋白質(zhì)可能是未來治療的潛在靶標(biāo)。

        該研究發(fā)表在ACS Central Science,由加州大學(xué)洛杉磯分校生物工程學(xué)教授Gerard Wong領(lǐng)導(dǎo)。

        在細(xì)胞內(nèi),線粒體類似于用于制造氣球動物的長氣球。如果線粒體太長,它們就會變得糾結(jié)。已知它們的大小主要受兩種蛋白質(zhì)的調(diào)節(jié),其中一種蛋白質(zhì)將較長的線粒體分解成較小的大小。它們被稱為細(xì)胞的“強(qiáng)者”,因?yàn)樗鼈儗⒒瘜W(xué)能從食物轉(zhuǎn)化為有助于細(xì)胞發(fā)揮其所有功能的形式。

        保持線粒體的最佳尺寸對細(xì)胞的健康很重要。調(diào)節(jié)蛋白的量不足,稱為Dnm1,導(dǎo)致線粒體變得太長并且纏結(jié)。過多的Dnm1會導(dǎo)致過多的短線粒體。在這兩種情況下,線粒體作為細(xì)胞的供電提供者基本上無效。這種情況可能導(dǎo)致神經(jīng)發(fā)育障礙或神經(jīng)退行性疾病,如阿爾茨海默氏癥或帕金森氏癥。

        為了更好地理解這種機(jī)制,研究人員使用他們在2016年開發(fā)的機(jī)器學(xué)習(xí)方法來確切地弄清楚蛋白質(zhì)如何將一個線粒體分解為兩個較小的線粒體。他們還在美國能源部研究機(jī)構(gòu)Stanford Synchrotron Radiation Lightsource使用了一種稱為“同步加速器小角度X射線散射”的強(qiáng)大技術(shù),以了解這些蛋白質(zhì)在此過程中如何使線粒體膜變形。

        在這項(xiàng)研究之前,人們認(rèn)為這些蛋白質(zhì)包裹著線粒體,然后通過簡單地?cái)D壓將其切成兩半。團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn),這個過程更加微妙。

        “當(dāng)Dnm1纏繞在線粒體上時,先前已經(jīng)證明蛋白質(zhì)在物理上會收緊并收縮,”Michelle Lee說,他是最近擔(dān)任過加州大學(xué)洛杉磯分校生物工程博士畢業(yè)生,由Wong提供咨詢,并且是該研究的兩位主要作者之一。“我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)Dnm1接觸線粒體表面時,它也使線粒體本身的區(qū)域更容易塑化,更容易進(jìn)行切割。這兩種效應(yīng)攜手并進(jìn),使線粒體分裂過程有效。”

        另一位主要作者是加州大學(xué)洛杉磯分校 - 加州理工學(xué)院醫(yī)學(xué)科學(xué)家培訓(xùn)項(xiàng)目的研究生歐內(nèi)斯特·李,也是黃先生的生物工程研究生。他進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)的計(jì)算分析。

        “使用我們的機(jī)器學(xué)習(xí)工具,我們能夠發(fā)現(xiàn)Dnm1中隱藏的膜重塑活動,與我們的X射線研究一致,”Lee說。“有趣的是,通過分析Dnm1的遠(yuǎn)親,我們發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)隨著時間的推移逐漸進(jìn)化出來。”

        “這是一個非常意外的結(jié)果 - 沒有人認(rèn)為這些分子具有分裂的個性,具有生物功能所必需的兩個人格,”Wong說,他也是加州大學(xué)洛杉磯分?;瘜W(xué)和生物化學(xué)教授,并且是加州納米系統(tǒng)的成員。研究所。“我們發(fā)現(xiàn)的多功能行為可能是蛋白質(zhì)的規(guī)則而不是例外。”

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