线粒体新发现蛋白CYTB-187AA对早期发育与生育能力的关键作用
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线粒体是细胞内的重要“能量工厂”,它通过氧化磷酸化过程将食物中的营养物质转化为ATP,为细胞提供能量。线粒体在细胞呼吸、代谢调节等方面发挥着重要作用,甚至在细胞凋亡、信号传导中也占有一席之地,对维持生物的正常发育和稳态至关重要。传统的研究表明,线粒体基因组包含37个基因,包括13个编码蛋白质、22个编码tRNA,以及2个编码核糖体RNA。可是,近期的一项研究却颠覆了这一认知,揭示了线粒体基因的更广泛功能。
中国科学院广州生物医药与健康研究院的刘兴国团队通过研究发现,线粒体基因CYTB不仅能编码电子传递链中复合体III的一个亚基,还能编码一个由187个氨基酸组成的蛋白,命名为CYTB-187AA。这一发现极大拓宽了人们对线粒体基因组表达功能的认知。更为惊讶的是,CYTB-187AA并非像传统线粒体蛋白那样在线粒体内合成,而是通过细胞质中的标准遗传密码翻译生成,这种现象被称为“细胞质翻译的线粒体蛋白质”(mPACT)。这项发现不仅仅打破了传统线粒体基因表达模式的认知,也让人们意识到线粒体DNA在哺乳动物早期发育中的关键作用,尤其是它在多能干细胞状态转变中扮演着重要角色。
该团队通过生物信息学预测和质谱分析验证了CYTB-187AA的存在,发现其在多种物种(如人类和小鼠)中高度保守,这意味着它可能具有重要的功能。研究还通过制备单克隆抗体,确认了CYTB-187AA的表达,尤其是在诱导多能干细胞(iPSCs)中的表达量更高。通过实验,他们进一步确认了CYTB-187AA的线粒体起源,并发现它位于线粒体基质内。
在小鼠胚胎干细胞(ESCs)和胚外干细胞(EpiSCs)中,CYTB-187AA促进了干细胞从primed状态向naive状态的转变。这种转变是胚胎发育过程中至关重要的一步,对细胞分化和早期发育具有决定性作用。进一步研究表明,CYTB-187AA与磷酸转运体蛋白SLC25A3共同作用,调控细胞内的能量生成。通过共免疫沉淀实验,科学家们发现了这两种蛋白之间的关键相互作用。CYTB-187AA和SLC25A3在ESCs中的表达量比在EpiSCs中更高,表明两者对早期发育阶段的重要性。在基因敲低实验中,当SLC25A3功能缺失时,干细胞的PNT效率显著降低,证明了SLC25A3和CYTB-187AA在这一过程中的功能关联。而当SLC25A3被过表达时,能够有效恢复因CYTB-187AA缺失导致的PNT效率降低,显示出SLC25A3在能量代谢和细胞分化中的重要角色。
该团队进一步通过ATP水平测量实验,证实了CYTB-187AA和SLC25A3在能量代谢方面的协同作用。在CYTB-187AA被沉默的细胞中,ATP水平显著下降,而过表达SLC25A3则可使ATP水平恢复。
活体实验表明,敲低CYTB-187AA基因的小鼠雌性生育能力明显下降,表现为卵巢卵泡数量减少。这一结果揭示了CYTB-187AA在调控女性生育能力中的作用。
2025-01-19
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