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)