2019-02-27 15:16:02
线粒体融合更好地结合在一起支持细胞分裂

线粒体是细胞的强者。对于线粒体,就像在蒸汽机组中堆叠在一起的双头发动机一样,多次工作也有其好处。

华盛顿大学圣路易斯分校的最新研究表明,当细胞迅速分裂时,它们的线粒体融合在一起。在这种配置中,电池能够更有效地使用氧气作为能量。融合的线粒体也会产生生物化学副产物天冬氨酸,这是细胞分裂的关键。

这项工作由加里帕蒂实验室的研究人员,迈克尔和塔纳鲍威尔艺术与科学化学副教授,在eLife杂志最近的一篇出版物中报道。它阐明了分裂细胞的内部工作原理,并展示了线粒体如何结合起来以帮助细胞以意想不到的方式繁殖。

鉴于已知癌细胞以失控的速度分裂,新发现可能对癌症的诊断和治疗有影响。

“大多数增殖细胞的研究是在癌症的背景下进行的,科学家正在比较一种快速生长的癌组织与肿瘤周围的正常组织或来自不同患者的正常组织,”姚从辉博士说。华盛顿大学Patti实验室的候选人和新研究的第一作者。 “这些比较在生理上是相关的,但也有一些缺点。

“肿瘤是一个非常复杂的事情,不仅因为它是由不同种类的细胞组成,而且还因为肿瘤的环境与健康组织的环境不同,”她补充说。

例如,肿瘤需要营养来生长,但它不具有通常供应体内其他健康组织的血管基础设施。结果,肿瘤通常缺乏氧气。

但即使存在大量氧气,癌细胞也会通过相对低效的发酵过程获得能量。癌细胞不是使用氧气在线粒体中燃烧葡萄糖来获取果汁,而是使用“有氧糖酵解”过程将葡萄糖转化为乳酸。这个过程称为Warburg效应。

尽管已经在快速分裂的细胞中观察到这种现象超过90年,但科学家仍然没有完全理解它。最早的解释表明,癌细胞中的线粒体受到损害,阻止它们正常产生能量。

姚明熟悉华宝效应及其影响。因此,当她建立一个允许她打开和关闭细胞分裂的实验系统时,她惊讶地发现她的分裂细胞消耗了大量的氧气。

“很多文献都认为分裂细胞会反其道而行,”姚明说。 “因此,我们不仅研究了为什么我们的分裂细胞消耗更多的氧气,而且还研究了它们如何消耗更多的氧气。”

姚的最初实验的部分优点是它的简单性:她能够在两种不同的条件下测量一种特定类型细胞的新陈代谢 - 当细胞分裂时和不分裂时。这也是她如何能够磨练线粒体的特定结构变化,这正在推动她观察到的效率。

“与非分裂细胞相比,分裂细胞每蛋白质或每质量具有相同数量的线粒体,”Patti说,他的研究主要集中在新陈代谢的生化反应上。 “但是,当我们在这些分裂细胞中对线粒体进行成像时,我们确实注意到它们显着更长。”

更长的是因为一些相邻的线粒体融合成一个多个相邻的线粒体,成为更大,更有效的能量生成机器。

姚明发现,“巨型线粒体”特别擅长创造的另一个值得注意的事物是一种称为天冬氨酸的分子,它对细胞的复制至关重要。

“其他实验室最近的工作告诉我们,分裂细胞需要消耗氧气的最重要原因之一就是产生天冬氨酸。因此,分裂细胞中的线粒体融合会增加天冬氨酸的产生,这对我们来说是有意义的,”姚说。

Yao和Patti不是第一个观察线粒体融合的人。但他们是最先用复杂的代谢组学技术探测线粒体融合的人之一,能够在分子水平上理解与细胞分裂相关的过程。他们观察到的生物化学改变可能代表可以在恶性癌细胞中靶向的过程。

“人们常说,快速分裂的癌细胞会增加发酵,但会降低线粒体活性的耗氧量,”Patti说。 “我们的研究结果表明,在正常氧合条件下,至少一些快速分裂的细胞会增加两种过程。

“由于通过快速分裂癌细胞来利用营养素是各种药物和诊断测试的基础,这些发现可能具有重要的临床意义,可能代表癌症的代谢脆弱性,”Patti补充道。

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