《Science》子刊: 解密粒線體「回收」機制異常導致帕金森氏症?! Parkin、PINK1兩蛋白質為關鍵

撰文記者 巫芝岳
日期2021-08-10
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《Science》子刊: 解密粒線體「回收」機制異常導致帕金森氏症?! Parkin、PINK1兩蛋白質為關鍵 (圖片來源:網路)

近(6)日,專注於心血管、神經疾病與病毒學的加州研究機構Gladstone Institutes團隊,透過追蹤神經細胞內將老舊粒線體「回收再利用」的「粒線體自噬作用」(mitophagy),指出粒線體回收的異常,可能導致帕金森氏症等神經退化疾病的機制。該研究發表於期刊《Science Advances》。

 

「粒線體自噬作用」為細胞為了提高製造能量效率,把老舊粒線體分解、在細胞內重組成新粒線體的過程。由Gladstone Institutes副研究員Ken Nakamura領導的研究團隊,本次針對Parkin和PINK,兩種和粒線體自噬作用相關的蛋白質進行研究。

Parkin蛋白質為一種泛素(ubiquitin)連接酶,在泛素化(ubiquitilize)過程中扮演關鍵角色;PINK1蛋白質的功能,則可調節粒線體分裂、保護細胞免於被粒線體功能障礙影響。

過去研究人員發現,粒線體內這兩項蛋白質的改變,可能會導致神經退化性疾病發生,不過其在神經元中的運作方式仍是未知的。

為了解該機制,Nakamura的團隊必須仔細追蹤神經元內的粒線體。但由於粒線體體積極小、在細胞內經常不斷分裂或互相融合,因此他們利用延時顯微鏡(time-lapse microscopy)和光電關聯顯微鏡技術(correlative light and electron microscopy, CLEM),追蹤神經細胞中的特定蛋白質,以達到分析細胞中的單一粒線體的目的。

研究結果發現,Parkin會包圍受損粒線體,並將其分解,這顯示粒線體自噬在神經細胞中的啟動方式,和在其他細胞中相同;而若缺乏PINK1,則會阻止Parkin的聚集,導致老舊粒線體對神經細胞產生毒性。

研究團隊也仔細檢視了粒線體自噬的後期階段;該階段中,溶酶體(lysosome)會和正在自噬的粒線體形成「粒線溶酶體」(mitolysosomes),相當於細胞自噬作用發生時的「自噬溶酶體」(autolysosome)。

過去,科學家普遍認為粒線溶酶體會快速分解,以重新組建成新的粒線體,不過本次研究團隊卻意外發現,粒線溶酶體會在細胞內存活數小時,部分甚至被健康粒線體吞噬,部分則突然破裂、將內容物釋放到細胞內。

第一作者Huihui Li博士後研究員表示,這似乎是一項新的粒線體品質控制與回收的系統,「好比在拆除舊房子時,先把有價值的傢俱搶救出來。」她說道。

研究人員表示,這些結果顯示,神經細胞粒線體具有獨特的生命週期,並揭示了「粒線體循環」可能與神經病變相關的機制。

參考資料:

1. 論文原文:https://advances.sciencemag.org/content/7/32/eabf6580

2. https://www.genengnews.com/news/genes-mutated-in-parkinsons-disease-linked-to-mitochondrial-recycling-in-neurons/?utm_medium=newsletter&utm_source=GEN+Daily+News+Highlights&utm_content=01&utm_campaign=GEN+Daily+News+Highlights_20210809&oly_enc_id=9230E5792101F8D

(編譯/巫芝岳)