线粒体是高度动态且高度感知氧气的细胞器,是细胞能量工厂。细胞中线粒体呈现多种形态,主要是线状(短棒状)和颗粒状,但在一些应激及病理条件下可呈现巨大球状(巨大线粒体)。溶酶体是一种单层膜的细胞器,内部含有多种水解酶,可降解某些大分子物质及衰老损伤的细胞器。线粒体-溶酶体互作调控细胞代谢等多种细胞生命活动,是目前细胞器互作研究的热点和焦点。然而,线粒体-溶酶体互作的模式和机制依然很不清楚。
2023年7月11日,武汉大学生命科学学院、泰康生命医学中心、免疫学与代谢前沿科学中心宋质银教授与武汉大学人民医院麻醉科何禾博士合作在Nature Communications在线发表题为Hypoxia-reprogramed megamitochondrion contacts and engulfs lysosome to mediate mitochondrial self-digestion 的研究论文。该研究发现低氧可促进巨大线粒体-溶酶体互作以及“巨大线粒体吞噬溶酶体”新现象,并揭示了低氧下线粒体质量控制新途径。
研究人员首先通过激光共聚焦显微镜和透射电镜等方法鉴定了低氧诱导形成体积较大的球形线粒体,并称之为“巨大线粒体”。进一步研究发现低氧下线粒体-溶酶体互作明显增加,并且发现巨大线粒体可直接吞噬溶酶体,此过程命名为“巨大线粒体吞噬溶酶体 (Megamitochondria engulfing lysosome, MMEL)”。此外,发现线粒体融合及成熟溶酶体对于MMEL是必需的。进一步研究发现STX17-SNAP29-VAMP7复合物可介导低氧下线粒体-溶酶体互作和MMEL过程;MMEL之后,巨大线粒体内部的溶酶体酶膜破裂,导致溶酶体酶可释放到巨大线粒体内部,进而降解线粒体蛋白等物质。另外,低氧也能够激活多种线粒体蛋白酶,激活的线粒体蛋白酶也部分降解线粒体蛋白。因此,研究人员将低氧下MMEL及线粒体蛋白酶介导的线粒体蛋白及物质降解命名为“线粒体自我消化 (mitochondrial self-digestion, MSD) /或线粒体自我自噬 (mitochondrial self-autophagy, mitoselfphagy)”,这是一种线粒体质量控制的新机制。
综上所述,低氧下线粒体重塑为巨大线粒体,并通过促进线粒体-溶酶体互作与MMEL来实现线粒体蛋白及物质的降解(MSD)。论文揭示了线粒体-溶酶体互作新模式和新机制,并发现了线粒体质量控制新途径,对于线粒体稳态调控研究提供了新方向。
武汉大学生命科学学院、泰康生命医学中心、免疫学与代谢前沿科学中心宋质银教授和武汉大学人民医院麻醉科何禾博士为