Cell Rep：細胞處於壓力狀態下線粒體為何會變得細長？

近日，一項刊登在國際雜誌Cell Reports上的研究報告中，來自斯克利普斯研究所（TSRI）的科學家通過研究發現，當處於壓力狀況下，細胞中的一種新型通路或能促進細胞線粒體更好地發揮功能，這種反應或能幫助機體老化時有效抵禦疾病。

圖片來源：Wikipedia commons

為了應對壓力，而不是製造過多的畸形蛋白質，我們機體的細胞就會激活一些保護性的通路，採取更戲劇性的反應來完全關閉蛋白質的生產過程，伴隨蛋白質生產過程的關閉，細胞中名為線粒體的細胞器就會發生一些奇怪的變化，從最開始的小青豆形狀慢慢拉長轉變成為麵條一樣的形狀。

研究者Luke Wiseman表示，僅僅幾個小時不進行蛋白質的製造就足以重塑線粒體，而且這種狀態還能維持幾個小時，這似乎是一種保護方式，其能在壓力早期階段促進線粒體功能的發揮；這項研究中，研究人員深入理解了細胞中名為未摺疊蛋白反應（UPR）的壓力-反應通路，該通路含有多個分支，其能夠調節不同的細胞功能，研究人員重點研究了細胞內質網中的壓力如何影響線粒體的形狀和功能。而該反應的重要參與者就是UPR的起始因子PERK，該分支能夠作為一種精細調節的信號通路，如果沒有足夠的PERK的信號，線粒體就會在壓力狀態下失控，同時給細胞功能帶來明顯的挑戰，如果該通路過度激活的話，細胞就會自我毀滅。

然而，隨著機體年齡不斷增長，上述系統就很難維持平衡了，當我們處於老年階段時小問題就可能演變成為大問題，因為PERK通路或許就無法有效地發揮作用了。此前研究結果表明，在壓力狀況下，PERK在調節線粒體功能的多個方面扮演著關鍵角色，包括為了應對內質網壓力，抑制線粒體中畸形蛋白質的積累，而線粒體形狀的改變則會影響線粒體的功能，這就提示似乎存在一種特殊機制能夠在內質網出現壓力時適應細胞中線粒體的功能。

研究人員面對的下一個問題就是，關閉和重塑是否能夠幫助或損傷細胞，線粒體的主要功能就是為細胞產生能量，因此研究人員想通過測定細胞的能量輸出來觀察經歷內質網壓力後細胞如何更好地發揮作用。研究者發現，關閉蛋白質的製造，並對線粒體進行重塑或許會產生一定的差異，這樣一來研究人員就能夠有效展現出這種保護性效應，即通過增加線粒體的長度來保護線粒體能量的產生；研究者推測，當沒有時間製造保護性蛋白質時，整個系統或許能夠不斷進化來給予細胞一種特殊方式對壓力快速做出反應，Aparajita Madhavan表示，阻斷蛋白質的合成，並通過調節線粒體的形狀來促進細胞能量水平，似乎是一種在短時間範圍內抵禦壓力的有效方法。

最後研究者Wiseman表示，機體老化或突變誘發的PERK敏感性/激活作用的缺失或許會阻礙線粒體的保護性調節機制，而PERK信號通路的缺失則與很多線粒體功能異常相關的疾病都直接相關，比如糖尿病、心臟病、諸如阿爾茲海默病和帕金森疾病等神經變性疾病；研究者希望本文研究或能幫助他們靶向作用PERK信號通路來糾正線粒體缺失所誘發的疾病。

原始出處：Justine Lebeau, Jaclyn M. Saunders, Vivian W.R. Moraes, et al. The PERK Arm of the Unfolded Protein Response Regulates Mitochondrial Morphology during Acute Endoplasmic Reticulum Stress. Cell Reports (2018). DOI: 10.1016/j.celrep.2018.02.055

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