Nature：严重发现!提醒两种线粒体决裂方式

2021年5月13日讯/BIOON/---化学家安托万-拉瓦锡（Antoine Lavoisier）在法国年夜反动时代被奉上断头台前不久，对称为呼吸的生物能量发生进程做出了症结性的发现。他的见解之一是意识到，正如他所描写的那样，呼吸是“只是碳和氢的迟缓熄灭，这相似于灯或扑灭的烛炬的任务方式，从这个角度来看，呼吸的植物是货真价实的易燃体，它们熄灭并耗费本人”。然则这种“熄灭”是若何在细胞中获得节制的呢？在一项新的研讨中，瑞士研讨职员申报了一些对于植物细胞呼吸的细胞器的不测发现。相关研讨成果近期颁发在Nature期刊上，论文题目为“Distinct fission signatures predict mitochondrial degradation or biogenesis”。

在拉瓦锡期间之后年夜约150年，人们发现称为线粒体的细胞器是这种熄灭产生的处所，而线粒体常常被称为细胞的能量工场。与熄灭一样，呼吸也会形成相称年夜的侵害，沉闷的线粒体通常会呈现缺点。一些能够产生的最重大的侵害是位于这种细胞器内的线粒体基因组产生渐变。一种称为线粒体自噬（mitophagy）的进程用于肃清和降解受损的线粒体，是维持细胞稳态的一个症结机制。线粒体自噬的缺点，特殊是影响神经元等长寿命细胞的缺点，与帕金森病和其他神经退行性疾病无关。

在线粒体自噬进程中，线粒体的受损部门通过线粒体决裂与它的安康部门拆散开来。然而，毁伤并不是线粒体决裂的独一起因。它也产生在细胞成长和细胞决裂时代。在这种环境下，细胞决裂发生的新的细胞属性是应用决裂发生的线粒体来提供的。与毁伤相关的决裂相比，细胞成长进程中的线粒体决裂是一个表现时机较好的标记。

有理由以为，分歧的机制节制针对线粒体自噬和针对细胞成长的线粒体决裂。尽管曾经无关于特定类型决裂的提示，但直到当初还缺乏明白的证据。绝年夜多半的线粒体决裂都必要DRP1卵白。DRP1可以通过分歧的方式被激活来驱动哺乳植物的线粒体决裂。这些方式包含：与线粒体DRP1受体（MFF、MID49、MID51和FIS1）互相作用；DRP1修饰（翻译后修饰）；与肌动卵白细胞骨架（肌动卵白丝）或线粒体脂质心磷脂互相作用；以及与各类细胞器打仗，包含内质网（ER）、溶酶体和高尔基（以高尔基衍生囊泡的模式）。今朝尚不分明这些因素是招致繁多的决裂路径照样分歧的决裂路径。

这些作者应用超分辩率显微镜对线粒体决裂进行了细心阐发，并界说了两种空间上分歧的决裂类型。中区决裂（Midzone division）产生在这种细胞器的中间地位，而外围决裂（peripheral division）则产生在线粒体的两头（图1）。这两种决裂类型在山公Cos-7细胞中产生的频率类似，而中区决裂在小鼠重生心肌细胞中更为频仍产生。

线粒体决裂的两种路径，图片来自Nature, 2021, doi:10.1038/d41586-021-01173-x。

这些作者证实外围决裂和中区决裂具备实质上分歧的个性。中区决裂产生在具备安康线粒体特征的细胞器中---它们不显示异常的迹象，如膜极化的削减或活性氧（ROS）程度的变动。相比之下，当这种细胞器的顶端呈现了膜电位的下降和ROS的添加，它的其他部门显明缺乏这些改动时，就会产生外围决裂。此外，这种外围决裂的较小产品往往缺乏复制性的DNA---这是不安康线粒体的一种标记。

这些发现标明，当线粒体受损时就会产生外围决裂，而且是线粒体自噬的先兆。现实上，这些作者申报说，外围决裂在裸露于各类细胞应激时添加，并与线粒体自噬的标记物的积聚无关。相比之下，中区决裂在刺激细胞增殖的情景下添加。

这两品种型的线粒体决裂都与DRP1的积聚无关。然而，所波及的其他分子脚色也有差别。中区决裂与ER的打仗无关，并与通过ER联合的肌动卵白聚合卵白INF2进行的肌动卵白丝聚合无关。此外，无数据标明，MFF在中区决裂中起作用，但在外围决裂中没有作用。外围决裂与溶酶体打仗和FIS1无关。

这些作者的粗疏研讨是有代价的，由于它分明地标明，线粒体决裂的类型不止一种，从而可能依据决裂的起因对决裂因素进行更粗疏的阐发。此外，这项研讨还揭示咱们，在试图绘制简单的生物进程（如线粒体自噬）时，咱们必要先走后跑。不然，咱们对它们的懂得能够会由于对招致它们的晚期进程的不完整把握而遭到障碍。

这项研讨也提出了令人兴奋的成绩。其他因素是否特同性地参加外围决裂或中区决裂？在这方面，MID51和MID49特殊令人存眷，由于这项新的研讨没有提供无关它们所起作用的论断性成果。其他值得研讨的因素包含心磷脂、高尔基体衍生的囊泡和DRP1的翻译后修饰。另一个必要探讨的成绩是细胞类型特同性的差别是否做出了严重奉献。

必要进一步思索的一个值得存眷的方面是，钙、ROS和膜电位在阅历外围决裂的线粒体的较小部门中的完整区室化。决裂位点两侧的分歧特征先前已在线粒体决裂中获得证明。

这种区室化的一个能够的机制是，线粒体内膜（包抄这种细胞器的两层膜中的内层）在线粒体外膜之行进行决裂。然而，在线粒体内膜没有自力决裂的环境下，也有能够呈现区室化征象。这一概念获得了一个察看成果的支持，即内膜的内折，即嵴（cristae），可以坚持彼此分歧的膜电位，即便它们在线粒体中十分接近。另一个必要思索的成绩是产生外围决裂的线粒体中较小部门的钙程度回升的起源。来自溶酶体的钙转移是一种能够性。