在細(xì)胞中，蛋白質(zhì)被損壞、發(fā)生錯(cuò)誤折疊會(huì)導(dǎo)致蛋白團(tuán)塊或聚集體的形成，常會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生。蛋白聚集已經(jīng)被認(rèn)為是由細(xì)胞質(zhì)或細(xì)胞核中的蛋白酶體或溶酶體逐漸溶解。

現(xiàn)在，約翰霍普金斯大學(xué)的科學(xué)家意外地發(fā)現(xiàn)，大量的蛋白聚集體在線粒體中被分解。酵母細(xì)胞與人體細(xì)胞具有許多類似的結(jié)構(gòu)，通過(guò)酵母的實(shí)驗(yàn)，他們還發(fā)現(xiàn)，過(guò)多錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)會(huì)阻塞并損害線粒體。這可能有助于解釋為什么蛋白質(zhì)聚集和線粒體惡化是神經(jīng)退行性疾病的兩個(gè)特點(diǎn)。

Rong Li 教授領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)研究，她把這一處理系統(tǒng)比喻為食物殘?jiān)屠幚韯?。垃圾處理機(jī)用起來(lái)很方便，有助于清除食物殘?jiān)坏羰菤堅(jiān)?，尤其是體積較大的固體狀殘?jiān)陀锌赡苁估幚頇C(jī)堵塞并發(fā)生故障。

研究人員發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)的聚集促使線粒體小孔形成，其通常導(dǎo)入蛋白質(zhì)進(jìn)入到線粒體中。如果這些小孔由于基因突變被破壞，則蛋白聚集體不能被溶解?；谶@些結(jié)果，研究人員假設(shè)：錯(cuò)誤折疊蛋白被拉入線粒體中進(jìn)行清理，就像食物殘?jiān)M(jìn)入垃圾處理機(jī)中清理一樣。

Li 和她的團(tuán)隊(duì)使用一種技術(shù)將熒光蛋白分成兩部分。他們把一部分放入線粒體內(nèi)，另一部分連接細(xì)胞質(zhì)中錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)。如果錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)進(jìn)入線粒體，那么熒光蛋白的兩個(gè)部分可以集合，線粒體可以發(fā)熒光。研究人員發(fā)現(xiàn)，在酵母細(xì)胞中這確實(shí)發(fā)生了。

為了模擬疾病的發(fā)生，研究人員在酵母細(xì)胞中加入肌萎縮側(cè)索硬化癥（ALS）牽連的蛋白質(zhì)。ALS 蛋白錯(cuò)誤折疊引起熱處理后，損傷線粒體。隨后，研究人員誘導(dǎo)細(xì)胞質(zhì)中大量蛋白質(zhì)出現(xiàn)錯(cuò)誤折疊后，他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)太多錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)進(jìn)入線粒體后，線粒體惡化。

研究團(tuán)隊(duì)想要確保，他們?cè)诮湍讣?xì)胞中觀察到的現(xiàn)象也能發(fā)生在人類細(xì)胞中。所以他們使用相同的分離熒光蛋白方法，觀察是否錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)可以進(jìn)入到人視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞的線粒體上。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與在酵母細(xì)胞中觀察到的一樣，錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)進(jìn)入到了人體細(xì)胞的線粒體中，并使線粒體發(fā)熒光。

生物系統(tǒng)一般相當(dāng)頑強(qiáng)，但也有一些致命弱點(diǎn)可能引起疾病多發(fā)。依靠線粒體系統(tǒng)，幫助清理錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)可能就是這樣的一個(gè)例子。年輕、健康的線粒體完全可以勝任這個(gè)任務(wù)，年老的線粒體或者那些需過(guò)度清理的細(xì)胞可能不堪重負(fù)而遭受損害，這可能會(huì)危害細(xì)胞的許多其他重要功能。

參考資料：

1、In cleaning up misfolded proteins, cell powerhouses can break down

2、Cytosolic proteostasis through importing of misfolded proteins into mitochondria