線粒體融合蛋白和線粒體形態(tài)結(jié)構(gòu)的關(guān)系

徐 玥，秦雙立

(1.淮安市清江浦區(qū)缽池山社區(qū) 衛(wèi)生服務(wù)中心，江蘇 淮安 223001；2.江蘇護理職業(yè)學院， 江蘇 淮安 223001)

線粒體融合蛋白和線粒體形態(tài)結(jié)構(gòu)的關(guān)系

徐 玥1，秦雙立2

(1.淮安市清江浦區(qū)缽池山社區(qū) 衛(wèi)生服務(wù)中心，江蘇 淮安 223001；2.江蘇護理職業(yè)學院， 江蘇 淮安 223001)

線粒體是高度動態(tài)的細胞器，它們在細胞內(nèi)彼此連接呈三位網(wǎng)絡(luò)狀，發(fā)生著頻繁的融合與分裂，融合與分裂的相對速度決定了線粒體的形態(tài)與數(shù)目。線粒體動力學平衡被打破，會導致形態(tài)結(jié)構(gòu)的破壞。線粒體損傷包括形態(tài)結(jié)構(gòu)破壞、線粒體DNA突變、ATP合成受限、鈣穩(wěn)態(tài)失衡、氧化應激產(chǎn)物積聚及代謝功能障礙。線粒體融合蛋白有兩種分子，Mfn1和Mfn2，它們在維持線粒體動力學平衡中起重要作用。本文對線粒體融合蛋白和線粒體形態(tài)結(jié)構(gòu)的關(guān)系進行綜述。

線粒體融合蛋白；線粒體形態(tài)結(jié)構(gòu)；線粒體動力學平衡

線粒體存在于哺乳動物除成熟紅細胞以外的所有真核細胞中，它的數(shù)量和形態(tài)是可變的，線粒體發(fā)生頻繁的融合與分裂從而保持在一個動態(tài)的平衡之中，應用靜態(tài)技術(shù)觀察到的線粒體形態(tài)是這種動態(tài)平衡的瞬問結(jié)果。線粒體融合蛋白在調(diào)控線粒體形態(tài)結(jié)構(gòu)中起一定作用，現(xiàn)將二者的關(guān)系進行綜述。

1 線粒體融合蛋白介紹

Mfn即線粒體融合蛋白(Mitofusin)，是一種高度保守的大GTP酶分子，在哺乳動物有兩種亞型即Mfn1和Mfn2，二者具有80%的相似性。Mfn1/2表達譜非常廣泛，均勻定位于線粒體外膜。Mfn1由742個氨基酸殘基組成，Mfn2由758個氨基酸殘基組成。Mfn1/2的N末端有GTP 酶結(jié)構(gòu)域，C末端有跨膜區(qū)，跨膜區(qū)兩側(cè)各有一個疏水區(qū)，類似于卷曲螺旋，它們對觸發(fā)線粒體融合起作用。

2 線粒體介紹

線粒體是真核生物進行能量代謝，產(chǎn)生ATP的場所，它是細胞凋亡的參與者，細胞的死亡信號幾乎都要傳遞到線粒體，導致膜通透性增加，儲存在膜間隙的多種分子釋放到胞漿，這些分子通過活化caspase或者直接作用于染色體DNA，致使細胞死亡。

電鏡下，線粒體呈長橢圓形，具有一層高度折疊的內(nèi)膜并向內(nèi)突出成嵴和一層相對簡單的外膜，外膜與內(nèi)膜間的空腔稱為外室，由內(nèi)膜圍成的腔稱為內(nèi)室，內(nèi)室包含線粒體DNA和氧化呼吸鏈各元件。線粒體膜主要是磷脂成份，其上鑲嵌具有電子傳遞功能和運輸功能的膜蛋白，以維持正常的功能。

3 Mfn1/2和線粒體形態(tài)結(jié)構(gòu)

3.1 線粒體融合分裂概述

融合包括在胞質(zhì)中運動、膜的改變、外膜的融合、內(nèi)膜的對接和融合、線粒體DNA 和基質(zhì)的混合[1]。線粒體連接成網(wǎng)絡(luò)有利于能量在其中的傳遞和信息溝通，伴隨著生命的衰老，線粒體DNA會聚集很多的突變，通過線粒體網(wǎng)絡(luò)進行的基因組互補，可以修復這些突變。分裂使線粒體在細胞分裂過程中平均分配到子代細胞中，這解釋了G1期細胞線粒體成網(wǎng)絡(luò)狀，S期則呈現(xiàn)片斷化的結(jié)構(gòu)。線粒體在動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中發(fā)生融合與分裂，精確調(diào)節(jié)著細胞生命活動，如果融合受到抑制則發(fā)生片斷化，分裂受到抑制則網(wǎng)絡(luò)化程度就會加強。

3.2 線粒體融合蛋白和線粒體形態(tài)結(jié)構(gòu)的關(guān)系

線粒體融合分裂的動力學平衡被打破，其形態(tài)也會發(fā)生劇烈變化，引起細胞的損傷或死亡，這是導致多種疾病的病理基礎(chǔ)[2]。Mfn1/2是調(diào)控線粒體融合的主要分子，在融合過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用[3]。缺乏Mfnl或Mfn2的細胞，影響融合，線粒體出現(xiàn)片斷化現(xiàn)象，管狀結(jié)構(gòu)缺失，進而影響功能[4-5]。Mfn1或Mfn2基因敲除的小鼠由于融合效率下降而導致片斷化，線粒體的移動能力減弱[6]。Detmer等[7]研究提出，小鼠Mfn1和Mfn2的相互作用有利于保護線粒體融合缺陷引起的CMT2A型疾病的突變。研究發(fā)現(xiàn)[8]，在肥胖和非肥胖的Ⅱ型糖尿病患者中，Mfn2低表達同時伴有線粒體Cox-Ⅲ減低和檸檬酸合成mRNA 中等量的下降，說明有功能的損傷。有課題組研究發(fā)現(xiàn)，慢性氟中毒大鼠腦皮質(zhì)神經(jīng)細胞活性氧水平升高，線粒體融合分裂功能紊亂，Mfn1表達下降，融合障礙，出現(xiàn)染氟劑量和時間的依賴性，線粒體管狀連接膜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)裂斷[9]。另有研究發(fā)現(xiàn)，Mfn1是維持線粒體膜網(wǎng)絡(luò)管狀結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵蛋白，Mfn1表達下降，線粒體出現(xiàn)膜分裂，形態(tài)由正常的管狀連接膜網(wǎng)絡(luò)裂斷成小球大泡狀膜結(jié)構(gòu)，能量合成下降[10]。

4 結(jié)語和展望

隨著科學研究飛速發(fā)展，某些對于線粒體形態(tài)的靜態(tài)描述已經(jīng)略顯片面，高度動態(tài)的三維網(wǎng)絡(luò)狀的線粒體更具生物學優(yōu)勢。線粒體形態(tài)是維持其功能的基礎(chǔ)，在某些因素作用下，線粒體融合蛋白的低表達會抑制線粒體融合導致融合分裂失衡，線粒體動力學平衡被打破，引起線粒體形態(tài)結(jié)構(gòu)的破壞。

線粒體內(nèi)外膜結(jié)構(gòu)差異很大，彼此之間的精確協(xié)調(diào)非常重要，但是對于內(nèi)膜的研究還很少，研究線粒體動力學主要還是在活細胞內(nèi)，如果能夠建立細胞外系統(tǒng)，用分子生物學方法分步驟地研究融合與分裂，就能得到更為明確的結(jié)果?；蚯贸∈髣游锬Ｐ偷慕⒁彩蔷€粒體動力學研究的重要手段。此外，線粒體融合分裂與細胞凋亡的關(guān)系也需要深入系統(tǒng)的研究。

[1] 付玉環(huán),姜廣建,夏慶安,等.線粒體融合蛋白Mfn1/2的結(jié)構(gòu)和功能[J].生命的化學,2007,27(6):511-513.

[2] Cho D H,Nakamum T,Fang J,eta1.S-nitrosylation of Drpl mediatesbeta amyloid related mitochondrial fission and neu/dnal injury[J].Science,2009,324102-105.

[3] Rojo M, Legros F,Chateau D,et a1.Membranetopology and Mitochondrial target in go fmitofusins,ubiquitousmam-malianhomologs of the transmembrane GTPase Fzo[J].J CeⅡSci.2002.115:1663-1674.

[4] Chen H,Detmer SA,Ewald AJ.et a1.Mitofusins Mfnl and Mildcoordinately regulate mitochondrial fusion and are essential for embryonic development[J].J cell Biol,2003,160:189-200.

[5] Chen H,Chomynb A,Chan DC.Disruption of fusion results In mitochondrial heterogeneity and dysfunction．J BiolChem[J].2005,280:26185-26192.

[6] Chen H,Detmer S A,Ewald A J,et a1.Mitofusins Mfn1 and Mfn2 coordinately regulate mitochondrial fusion and are essential for embryonic development[J].J Cell Biol.2003,160:189-200.

[7] Detmer S A , Chan D C.Complementation between mouse Mfn1 and Mfn2 protects mitochondrial fusion defects caused by CMT2A disease mutations[J].J Cell Biol,2007,176(4):405-414.

[8] Bach D,Pich S,Soriano F X,et al.Mitofusin-2 deter-mines mitochondrial network architecture and mitochon-drial metabolism.A novel regulatory mechanism altered in obesity[J].J Biol Chem,2003,278(19):17190-17197.

[9] 樓迪棟,劉燕斐,張凱琳,等.慢性氟中毒對大鼠大腦皮質(zhì)神經(jīng)細胞活性氧和線粒體融合影響[J].中國地方病學雜志,2011,30(3):256-261.

[10] Brooks C,Wei Q,Cho S G,et al.Regulation of mitochondrial dynamics in acute kidney injury in cell culture and rodent models[J].J Clin Invest,2009,119(5):1275-1286.

TheRelationshipBetweenMitofusinandMitochondrialMorphology

XuYue1,QinShuangli2

(1.Bochishan Community Health Service Center in Qingjiangpu District,Huaian 223001,China;2.Jiangsu Vocational College of Nursing,Huaian 223001,China)

Mitochondria are highly dynamic organelles. They are interconnected within a cell, presenting a trinity net-like structure, frequent fusion and fission occur within the cell. The relative speed between fusion and fission determines the morphology and amount of mitochondria. When the mitochondrial dynamic balance is broken, it will lead to morphological destruction. Mitochondrial injury concerns morphological destruction, mitochondrial DNA mutations, restriction of ATP synthesis, imbalance of calcium steady-state, accumulation of oxidative stress products and metabolic dysfunction. Mitochondrial fusion protein include two kinds of molecule, Mfn1 Mfn2 ,they play an important role in the mitochondrial dynamic balance. In this paper, we reviewed the relationship between mitofusin and mitochondrial morphology.

mitofusion;mitochondrial morphology; mitochondrial dynamic balance

2017-07-22

徐王月(1985—)，女，江蘇淮安人，大學本科，研究方向：生命科學；通信作者：秦雙立(1982—)，江蘇淮安人，病理學與病理生理學碩士，從事生命科學研究，職稱：病理技師，實驗師。

Q51

A

1008-021X(2017)18-0133-01

(本文文獻格式秦雙立.線粒體融合蛋白和線粒體形態(tài)結(jié)構(gòu)的關(guān)系[J].山東化工，2017，46(18)：133，138.)