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在线粒体中鉴定出一种ATP敏感性的钾离子通道

时间:2019-09-03 | 栏目:分子生物 | 点击:

 线粒体是一种特殊的细胞器,这是因为它们具有自己的DNA,称为线粒体DNA(mtDNA)。与存在于细胞核中的更大的DNA集合(基因组)不同的是,mtDNA仅通过母体的卵细胞进行传递。

mtDNA也比细胞核DNA更容易在它的DNA代码中产生随机变化或突变,这些变化或变异随着人的年龄增长而增加,不过,这种情形也会在生殖细胞的发育过程中发生,从而导致遗传性疾病。在美国儿童中,这些遗传性疾病的发病率大约为1/4300。

线粒体是我们细胞的能量工厂。每天,人类需要身体产生ATP来为所有细胞活动提供能量。神经冲动、肌肉收缩、DNA复制和蛋白合成仅是依赖于ATP供应的至关重要的过程的一些例子。

线粒体以ATP的形式为内源性反应提供化学能,它们的活性必须满足细胞能量需求,但是将这种细胞器性能与ATP水平相关联在一起的机制却知之甚少。

在一项新的研究中,来自意大利帕多瓦大学的研究人员证实一种存在于线粒体中的蛋白复合物介导ATP依赖性钾电流,这种蛋白复合物称为mitoKATP。相关研究结果近期发表在Nature期刊上,论文标题为“Identification of an ATP-sensitive potassium channel in mitochondria”。

图片来自Nature, 2019, doi:10.1038/s41586-019-1498-3。


这些研究人员发现钾离子通道mitoKATP类似于它们在细胞膜上的对应物,由成孔亚基和ATP结合亚基组成,他们将这两个亚基分别称之为MITOK和MITOSUR。对MITOK和MITOSUR的体外重建概括了mitoKATP的主要特性。

MITOK的过度表达引发显著的细胞器肿胀,然而通过遗传手段剔除这个亚基会导致线粒体膜电位的不稳定性,嵴内腔 (intracristal space)扩大和氧化磷酸化减少。在小鼠模型中,MITOK的缺失抑制了由重氮氧化合物(diazoxide)诱导的药物预处理引起的心脏保护作用。

这些研究结果表明,mitoKATP通道通过调节细胞器的体积和功能来响应细胞的能量状态,从而在线粒体生理学和对几种病理过程的潜在影响中起关键作用。

参考资料:

Angela Paggio et al. Identification of an ATP-sensitive potassium channel in mitochondria. Nature, 2019, doi:10.1038/s41586-019-1498-3.

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