抗原肽為細(xì)胞分裂助力
研究發(fā)現(xiàn)，抗原肽細(xì)胞的分裂與線(xiàn)粒體蛋白（mitochondrial protein）的轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)。
生存就意味著需要生長(zhǎng)（grow）、反應(yīng)（respond）、復(fù)制（reproduce）和適應(yīng)（adapt）。所有這些過(guò)程都需要能量，而大多數(shù)真核生物的能量供應(yīng)都需要依靠線(xiàn)粒體的氧化磷酸化作用（oxidative phosphorylation）。除此之外，線(xiàn)粒體也參與了很多非常重要的細(xì)胞生理過(guò)程，比如凋亡（apoptosis）和鈣離子信號(hào)通路等。因此，抗原肽線(xiàn)粒體的功能與細(xì)胞密切相關(guān)，但我們對(duì)相關(guān)的作用機(jī)制才剛剛開(kāi)始有所了解。Harbauer等人向我們介紹了他們的研究成果。他們發(fā)現(xiàn)，抗原肽細(xì)胞分裂周期與線(xiàn)粒體蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)密切相關(guān)，而且就是線(xiàn)粒體蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)為細(xì)胞周期提供了動(dòng)力。
為了維持線(xiàn)粒體的功能，也為了確保細(xì)胞能夠生存，新合成的線(xiàn)粒體蛋白都需要從合成處——胞質(zhì)轉(zhuǎn)移到線(xiàn)粒體里。各種細(xì)胞生理途徑用它們各自的蛋白質(zhì)為線(xiàn)粒體的各個(gè)組份提供了充足的“物資”。那么這些轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程是如何與成分復(fù)雜的細(xì)胞整合到一起的？它們又是如何適應(yīng)細(xì)胞的需要的？關(guān)于這些問(wèn)題，我們也是直到最近才剛剛開(kāi)始了解的。一個(gè)讓我們意想不到的發(fā)現(xiàn)就是，線(xiàn)粒體蛋白轉(zhuǎn)位（mitochondrial protein translocation）過(guò)程是受到胞質(zhì)酶（cytosolic enzymes）和線(xiàn)粒體酶（mitochondrial enzymes），主要是蛋白激酶調(diào)節(jié)的。這些激酶的主要作用底物就是外膜轉(zhuǎn)運(yùn)酶（translocase of the outer membrane, TOM）。這種蛋白起到了大門(mén)的作用，幾乎所有的線(xiàn)粒體蛋白前體蛋白都需要通過(guò)這道大門(mén)進(jìn)入線(xiàn)粒體。http://www.ontoresinc.com/
Tom6蛋白是TOM復(fù)合體的組成部分，該蛋白（轉(zhuǎn)錄水平上）的表達(dá)受到了細(xì)胞周期的調(diào)控。因此，Harbauer等人對(duì)出芽酵母（budding yeast）細(xì)胞周期里Tom6蛋白的命運(yùn)進(jìn)行了研究。他們發(fā)現(xiàn)，在G2期向M期轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，Tom6蛋白的表達(dá)量急劇增加。進(jìn)而發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞周期素依賴(lài)性蛋白激酶1（cyclin-dependent kinase 1, Cdk1），以及cyclin Clb3對(duì)胞質(zhì)Tom6蛋白第16位絲氨酸的磷酸化作用。這種磷酸化修飾作用增加了Tom6蛋白進(jìn)入線(xiàn)粒體外膜的速度。
Tom6蛋白是一種非常典型的尾部錨定蛋白（tail-anchored protein）。線(xiàn)粒體轉(zhuǎn)入蛋白1（mitochondrial import protein 1, Mim1）能夠促進(jìn)Tom6蛋白插入線(xiàn)粒體外膜。然后Tom6蛋白會(huì)組裝進(jìn)入TOM復(fù)合體，該過(guò)程主要受分選（sorting）和組裝機(jī)制（assembly machinery）調(diào)控。Mim1蛋白自身則受到依賴(lài)?yán)业鞍准っ?的磷酸化作用（casein kinase 2–dependent phosphorylation）的調(diào)控，從而起到促進(jìn)Tom20和Tom70蛋白等TOM復(fù)合體組份進(jìn)入線(xiàn)粒體的作用。Mim1蛋白的這種功能交替現(xiàn)象就將線(xiàn)粒體的輸入功能與細(xì)胞的代謝功能有效地聯(lián)系到了一起。
隨著整合到線(xiàn)粒體膜中的、穩(wěn)態(tài)的Tom6蛋白的數(shù)量越來(lái)越多，這些經(jīng)磷酸化修飾的Tom6蛋白會(huì)促進(jìn)TOM復(fù)合體的生物合成。不過(guò)隨著TOM復(fù)合體的數(shù)量的不斷增加，卻并沒(méi)有導(dǎo)致本質(zhì)上的前體轉(zhuǎn)運(yùn)活動(dòng)（precursor translocation）出現(xiàn)明顯增加，只不過(guò)往線(xiàn)粒體里轉(zhuǎn)入很少的一些底物，包括線(xiàn)粒體基因組維持蛋白1（mitochondrial genome maintenance 1,Mgm1），同時(shí)Fzo1蛋白（fuzzy onions 1）被激活。這種對(duì)轉(zhuǎn)運(yùn)底物的選擇性是從何而來(lái)的呢？Tom6蛋白被磷酸化作用修飾的胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域能夠識(shí)別Mgm1的靶向信號(hào)，從而促使其轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入線(xiàn)粒體。對(duì)于外層膜蛋白Fzo1則采用的是另外一套策略，F(xiàn)zo1蛋白的跨膜片段和膜內(nèi)片段都能夠被Tom6蛋白識(shí)別。正如在之前觀察到的那樣，隨著線(xiàn)粒體里這些Tom6蛋白的數(shù)量不斷增多，就會(huì)刺激線(xiàn)粒體的呼吸鏈，進(jìn)而輸出大量的能量。Harbauer等人認(rèn)為，線(xiàn)粒體的這種能量產(chǎn)出就為細(xì)胞分裂提供了大量的能量供應(yīng)，尤其是為耗能極大的胞質(zhì)分裂（cytokinesis）過(guò)程提供了充足的能量保證。不過(guò)有意思的是，Mgm1蛋白和 Fzo1蛋白分別都是線(xiàn)粒體內(nèi)膜和外膜融合裝置（fusion machinery）的組份�？赡芫褪沁@些蛋白確保了線(xiàn)粒體融合及分裂過(guò)程的平衡，這對(duì)于哺乳動(dòng)物細(xì)胞分裂過(guò)程中的線(xiàn)粒體分配作用至關(guān)重要。
生存就意味著需要生長(zhǎng)（grow）、反應(yīng)（respond）、復(fù)制（reproduce）和適應(yīng)（adapt）。所有這些過(guò)程都需要能量，而大多數(shù)真核生物的能量供應(yīng)都需要依靠線(xiàn)粒體的氧化磷酸化作用（oxidative phosphorylation）。除此之外，線(xiàn)粒體也參與了很多非常重要的細(xì)胞生理過(guò)程，比如凋亡（apoptosis）和鈣離子信號(hào)通路等。因此，抗原肽線(xiàn)粒體的功能與細(xì)胞密切相關(guān)，但我們對(duì)相關(guān)的作用機(jī)制才剛剛開(kāi)始有所了解。Harbauer等人向我們介紹了他們的研究成果。他們發(fā)現(xiàn)，抗原肽細(xì)胞分裂周期與線(xiàn)粒體蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)密切相關(guān)，而且就是線(xiàn)粒體蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)為細(xì)胞周期提供了動(dòng)力。
為了維持線(xiàn)粒體的功能，也為了確保細(xì)胞能夠生存，新合成的線(xiàn)粒體蛋白都需要從合成處——胞質(zhì)轉(zhuǎn)移到線(xiàn)粒體里。各種細(xì)胞生理途徑用它們各自的蛋白質(zhì)為線(xiàn)粒體的各個(gè)組份提供了充足的“物資”。那么這些轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程是如何與成分復(fù)雜的細(xì)胞整合到一起的？它們又是如何適應(yīng)細(xì)胞的需要的？關(guān)于這些問(wèn)題，我們也是直到最近才剛剛開(kāi)始了解的。一個(gè)讓我們意想不到的發(fā)現(xiàn)就是，線(xiàn)粒體蛋白轉(zhuǎn)位（mitochondrial protein translocation）過(guò)程是受到胞質(zhì)酶（cytosolic enzymes）和線(xiàn)粒體酶（mitochondrial enzymes），主要是蛋白激酶調(diào)節(jié)的。這些激酶的主要作用底物就是外膜轉(zhuǎn)運(yùn)酶（translocase of the outer membrane, TOM）。這種蛋白起到了大門(mén)的作用，幾乎所有的線(xiàn)粒體蛋白前體蛋白都需要通過(guò)這道大門(mén)進(jìn)入線(xiàn)粒體。http://www.ontoresinc.com/
Tom6蛋白是TOM復(fù)合體的組成部分，該蛋白（轉(zhuǎn)錄水平上）的表達(dá)受到了細(xì)胞周期的調(diào)控。因此，Harbauer等人對(duì)出芽酵母（budding yeast）細(xì)胞周期里Tom6蛋白的命運(yùn)進(jìn)行了研究。他們發(fā)現(xiàn)，在G2期向M期轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，Tom6蛋白的表達(dá)量急劇增加。進(jìn)而發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞周期素依賴(lài)性蛋白激酶1（cyclin-dependent kinase 1, Cdk1），以及cyclin Clb3對(duì)胞質(zhì)Tom6蛋白第16位絲氨酸的磷酸化作用。這種磷酸化修飾作用增加了Tom6蛋白進(jìn)入線(xiàn)粒體外膜的速度。
Tom6蛋白是一種非常典型的尾部錨定蛋白（tail-anchored protein）。線(xiàn)粒體轉(zhuǎn)入蛋白1（mitochondrial import protein 1, Mim1）能夠促進(jìn)Tom6蛋白插入線(xiàn)粒體外膜。然后Tom6蛋白會(huì)組裝進(jìn)入TOM復(fù)合體，該過(guò)程主要受分選（sorting）和組裝機(jī)制（assembly machinery）調(diào)控。Mim1蛋白自身則受到依賴(lài)?yán)业鞍准っ?的磷酸化作用（casein kinase 2–dependent phosphorylation）的調(diào)控，從而起到促進(jìn)Tom20和Tom70蛋白等TOM復(fù)合體組份進(jìn)入線(xiàn)粒體的作用。Mim1蛋白的這種功能交替現(xiàn)象就將線(xiàn)粒體的輸入功能與細(xì)胞的代謝功能有效地聯(lián)系到了一起。
隨著整合到線(xiàn)粒體膜中的、穩(wěn)態(tài)的Tom6蛋白的數(shù)量越來(lái)越多，這些經(jīng)磷酸化修飾的Tom6蛋白會(huì)促進(jìn)TOM復(fù)合體的生物合成。不過(guò)隨著TOM復(fù)合體的數(shù)量的不斷增加，卻并沒(méi)有導(dǎo)致本質(zhì)上的前體轉(zhuǎn)運(yùn)活動(dòng)（precursor translocation）出現(xiàn)明顯增加，只不過(guò)往線(xiàn)粒體里轉(zhuǎn)入很少的一些底物，包括線(xiàn)粒體基因組維持蛋白1（mitochondrial genome maintenance 1,Mgm1），同時(shí)Fzo1蛋白（fuzzy onions 1）被激活。這種對(duì)轉(zhuǎn)運(yùn)底物的選擇性是從何而來(lái)的呢？Tom6蛋白被磷酸化作用修飾的胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域能夠識(shí)別Mgm1的靶向信號(hào)，從而促使其轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入線(xiàn)粒體。對(duì)于外層膜蛋白Fzo1則采用的是另外一套策略，F(xiàn)zo1蛋白的跨膜片段和膜內(nèi)片段都能夠被Tom6蛋白識(shí)別。正如在之前觀察到的那樣，隨著線(xiàn)粒體里這些Tom6蛋白的數(shù)量不斷增多，就會(huì)刺激線(xiàn)粒體的呼吸鏈，進(jìn)而輸出大量的能量。Harbauer等人認(rèn)為，線(xiàn)粒體的這種能量產(chǎn)出就為細(xì)胞分裂提供了大量的能量供應(yīng)，尤其是為耗能極大的胞質(zhì)分裂（cytokinesis）過(guò)程提供了充足的能量保證。不過(guò)有意思的是，Mgm1蛋白和 Fzo1蛋白分別都是線(xiàn)粒體內(nèi)膜和外膜融合裝置（fusion machinery）的組份�？赡芫褪沁@些蛋白確保了線(xiàn)粒體融合及分裂過(guò)程的平衡，這對(duì)于哺乳動(dòng)物細(xì)胞分裂過(guò)程中的線(xiàn)粒體分配作用至關(guān)重要。
標(biāo)簽：
抗原肽
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