中國科學(xué)院廣州生物醫藥與健康研究院研究員劉興國團隊與合作者，首次發(fā)現線(xiàn)粒體可使用細胞質(zhì)標準密碼翻譯第14個(gè)功能蛋白，打破了傳統觀(guān)點(diǎn)認為的線(xiàn)粒體基因只翻譯13個(gè)蛋白的定律。相關(guān)研究近日發(fā)表于《細胞-代謝》。
“我們在研究中發(fā)現并證實(shí)，除13個(gè)線(xiàn)粒體基因編碼的蛋白質(zhì)外，線(xiàn)粒體基因細胞色素b（CYTB）可編碼一個(gè)新的線(xiàn)粒體基因編碼胞質(zhì)翻譯蛋白CYTB-187AA，并首次提供了基因編碼胞質(zhì)翻譯蛋白存在的質(zhì)譜證據。”作為論文通訊作者的劉興國對《中國科學(xué)報》說(shuō)。
教科書(shū)上寫(xiě)明哺乳動(dòng)物的線(xiàn)粒體基因組包含37個(gè)基因，其中13個(gè)編碼信使核糖核酸翻譯為蛋白質(zhì)、22個(gè)編碼轉運核糖核酸、2個(gè)編碼核糖體核糖核酸。
“線(xiàn)粒體基因組編碼的信使核糖核酸在內膜包裹的基質(zhì)內，由線(xiàn)粒體核糖體翻譯，形成內膜上呼吸鏈的13個(gè)蛋白質(zhì)，在能量產(chǎn)生中發(fā)揮核心作用。”劉興國表示，團隊針對CYTB，其信使核糖核酸從線(xiàn)粒體出來(lái)，使用胞質(zhì)核糖體的標準遺傳密碼編碼全新蛋白質(zhì)進(jìn)行分析，并制定了這一187個(gè)氨基酸長(cháng)的新蛋白質(zhì)的抗體。
他們利用液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜鑒定了CYTB-187AA的外源特征肽，在多株人、鼠的細胞中鑒定了多條匹配的內源特征肽。隨后使用MoonTag系統可視化CYTB-187AA信使核糖核酸在胞質(zhì)核糖體的翻譯，并在多株人、鼠的細胞中檢測到了CYTB-187AA。
為了驗證其線(xiàn)粒體基因組來(lái)源，劉興國團隊比較了線(xiàn)粒體基因組缺失細胞和野生型細胞，發(fā)現CYTB-187AA僅在后者中表達。
在干細胞的始發(fā)態(tài)-原始態(tài)的兩種多能性狀態(tài)中，CYTB-187AA是原始態(tài)所必需的，并調控兩種狀態(tài)的轉換過(guò)程。機制上，CYTB-187AA通過(guò)與線(xiàn)粒體磷酸轉運蛋白SLC25A3相互作用，通過(guò)能量通用貨幣“三磷酸腺苷”依賴(lài)的方式進(jìn)行調控。劉興國團隊建立了CYTB-187AA敲降小鼠模型，發(fā)現CYTB-187AA的敲降會(huì )使卵泡數量減少，從而損害雌性生育能力。
劉興國團隊通過(guò)超高分辨顯微鏡，發(fā)現CYTB-187AA在胞質(zhì)翻譯后定位到線(xiàn)粒體基質(zhì)中，其中N端的37個(gè)氨基酸在靶向線(xiàn)粒體基質(zhì)中起到了決定性作用。誘導多能干細胞（iPSC）與親本成纖維細胞或其分化的肝細胞相比，CYTB-187AA在iPSC中的表達量更高，這暗示CYTB-187AA與多能性存在重要關(guān)聯(lián)。
中國科學(xué)院院士、武漢大學(xué)副校長(cháng)宋保亮認為，該發(fā)現進(jìn)一步證實(shí)線(xiàn)粒體來(lái)源三磷酸腺苷的調控對卵母細胞和早期胚胎的成熟至關(guān)重要，并揭示了一種新的線(xiàn)粒體與細胞之間的特殊紐帶聯(lián)系。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.cmet.2024.04.012
（原載于《中國科學(xué)報》 2024-05-08 第1版 要聞）
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