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《Science | 食物感知促进MFFS131的磷酸化和肝脏线粒体的碎裂》

  • 来源专题：战略生物资源
  • 编译者： 李康音
  • 发布时间：2024-04-29

  • 2024年4月26日，马克斯-普朗克代谢研究所等机构的研究人员在 Science 期刊发表了题为Food perception promotes phosphorylation of MFFS131 and mitochondrial fragmentation in liver的文章。

    肝脏线粒体在适应不断变化的营养状态的新陈代谢过程中发挥着核心作用，但它们在营养供应预期变化时的动态调节问题仍未得到解决。

    该研究发现感官食物知觉通过蛋白激酶 B/AKT (AKT)依赖的线粒体裂解因子（MFFS131）丝氨酸 131 磷酸化迅速诱导肝脏线粒体破碎。这种反应是通过激活下丘脑表达前绒毛膜促皮质素（POMC）的神经元介导的。在体外，非磷酸化的 MFFS131G 基因敲入突变会减弱 AKT 诱导的线粒体破碎。在体内，MFFS131G 基因敲入小鼠显示出肝脏线粒体动力学的改变，以及胰岛素刺激下抑制肝脏葡萄糖产生的功能受损。因此，快速激活下丘脑-肝脏轴可使线粒体功能适应预期的营养状态变化，从而控制肝脏葡萄糖代谢。

  • 原文来源：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adk1005
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  • 《Science丨代谢不灵活性在肝脏再生过程中促进线粒体健康》
    • 来源专题：战略生物资源
    • 编译者：李康音
    • 发布时间：2024-06-19
    • 2024年6月14日，德克萨斯大学西南医学中心Prashant Mishra实验室的博士后王逊等在Science杂志发表了题为Metabolic inflexibility promotes mitochondrial health during liver regeneration的研究论文。 作者首先在分离的再生肝脏线粒体中发现，脂肪酸和酮体的含量增加。肝脏是一个区域性器官，不同区域其再生能力存在差异。作者发现不同区域线粒体中脂肪酸和酮体增加比例与其区域的再生能力呈正相关。通过同位素示踪发现，再生的肝脏中，[U-13C]棕榈酸被代谢产生更多的β-羟基丁酸(M+2)和乙酰辅酶A(M+2)，以及在分离的原代的再生肝细胞中，[1-14C]棕榈酸会被代谢产生更多的[14C]二氧化碳。提示肝脏再生过程中，肝脏脂肪代谢能力上升。 脂肪酸氧化主要在线粒体进行，β-氧化过程中，产生NADH和FADH2，随后被线粒体ETC氧化。线粒体ETC由5个复合物组成，为了验证线粒体ETC在其中作用，作者选取 Ndufa9f/f (复合物I)，Sdhaf/f (复合物II)，Uqcrqf/f (复合物III)，Cox10f/f (复合物IV) 和 Atp5f1af/f (复合物V)，5个品系老鼠，通过AAV注射，分别特异性地阻断肝细胞的电子传输。作者发现，经过70%肝脏切除术诱导肝脏再生后，野生型和Ndufa9缺失的肝脏再生正常，Sdha，Uqcrq 或Atp5f1a缺失的肝脏无法再生，并且老鼠在术后1-2天内全部死亡。 Cox10缺失的肝脏无法再生，但是老鼠全部存活，同时有大量的脂肪堆积。先前，谢渭芬实验室和惠利健实验室，以及周斌实验室和Jan S. Tchorz实验室研究揭示，胆管细胞在特定条件下，可转分化为肝细胞。经过作者分析，Cox10缺失的肝脏中，胆管细胞经过转分化，成为肝细胞，以支持肝脏再生。 作者为了探寻肝脏中堆积的脂肪来源，使用同位素示踪发现，经过重水(D2O)处理后，肝脏再生过程中，肝细胞内的脂肪并不由其自身合成，而是来自外周脂肪组织的分解。先前丁秋蓉实验室报道，肝脏再生过程中，外周脂肪分解产生的脂肪酸转运进入肝脏，通过影响MIER1蛋白水平，进而影响肝脏再生。β-氧化的重要产物之一是乙酰辅酶A，作者利用代谢组学检测，Cox10缺失的肝脏中，乙酰辅酶A水平显著低于正常肝脏。乙酰辅酶A对组蛋白乙酰化修饰不可或缺。作者利用CHIP-seq发现，组蛋白乙酰化水平下降，导致与细胞周期有关的基因表达下降，进而影响肝脏再生。 肝脏中乙酰辅酶A的来源不止于脂肪酸，葡萄糖和乙酸为什么不能产生乙酰辅酶A？作者发现，脂肪的堆积提升肝细胞的PDK4表达，而PDK4的上升，通过磷酸化PDH，抑制丙酮酸到乙酰辅酶A的转化。脂肪的堆积同时降低肝细胞的ACSS1/2蛋白水平，进而抑制乙酸转化为乙酰辅酶A。为确认葡萄糖来源和乙酸来源的乙酰辅酶A转化是否受到抑制，作者利用同位素示踪，通过[U-13C]葡萄糖或[U-13C]乙酸钠发现，Cox10缺失的肝脏中，乙酰辅酶A(M+2)/ 丙酮酸(M+3)或乙酰辅酶A(M+2)/ 乙酸(M+2)的比值显著下降，提示由葡萄糖或者乙酸合成乙酰辅酶A的能力下降。作者为验证PDK4在其中的作用，利用CRISPR-Cas9技术和抑制剂处理肝脏，发现Pdk4缺失或者被抑制时，线粒体ETC缺失的肝细胞进行增殖。 综上所述，该研究发现肝脏再生过程中，肝脏利用其代谢的不灵活性，通过脂质积累，抑制线粒体ETC功能障碍的肝细胞的增殖，以保护肝脏健康。
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  • 《Science：新研究揭示VDAC蛋白寡聚体促进线粒体DNA释放和自身免疫反应》
    • 来源专题：生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：hujm
    • 发布时间：2020-01-14
    • 免疫系统利用它的线粒体自我刺激针对感染的先天性反应和适应性反应。活性氧（ROS）、具有免疫原性的线粒体DNA (mtDNA)甚至整个线粒体都在一个微妙的平衡中局部动员起来，从而产生炎性作用的热点。当这些过程的正常限制性反馈受到破坏时，有害的自身免疫反应常常就会出现。 免疫系统不正常的一个常见迹象是血液中存在抗线粒体抗体（antimitochondrial antibody, AMA）。比如，在系统性红斑狼疮（SLE）中，可以发现靶向多个线粒体区室的AMA。一些AMA靶向通常在线粒体外膜中发现的蛋白，而另一些AMA靶向mtDNA。由此自然产生的一个问题是鉴于mtDNA在正常情形下位于线粒体基质内部，那么免疫系统如何发现从线粒体中释放出来的mtDNA。 针对这个问题，来自美国国家心肺血液研究所等研究机构的研究人员在一项新的研究中发现释放出来的mtDNA可以导致狼疮。简而言之，当线粒体以多种方式遭受应激时，mtDNA会断裂成碎片，然后与线粒体外膜中的电压依赖性阴离子通道（VDAC）结合。这导致多个VDAC单体聚集在一起并在它们的中间形成一个间孔（meta-pore），mtDNA可以通过该间孔逸出。一旦进入细胞质，各种非特异性传感蛋白，包括针对单链DNA的Toll受体和针对双链DNA的GAS-STING途径，就会触发成熟的I型干扰素（IFN）反应。相关研究结果近期发表在Science期刊上，论文标题为“VDAC oligomers form mitochondrial pores to release mtDNA fragments and promote lupus-like disease”。 每个VDAC单体本身都包含一个高度调节的通道，该通道可以根据当前的膜电位让不同大小和电荷的关键分子在任一方向上通过。完全消除VDAC功能在高等真核生物中是行不通的。幸运的是，这些研究人员发现，用寡聚化抑制剂VBIT-4仅阻断其中的一种通道形式--- VDAC1---就可消除导致狼疮样症状的免疫激活。 盘状红斑狼疮（discoid lupus erythematosis）是狼疮的皮肤形式，经常与系统性红斑狼疮相关。作为一种通用治疗策略，仅干扰mtDNA释放可能无法完全清除患者体内的所有AMA。但是，对于狼疮的其他形式（比如狼疮肾炎）而言，这种方法可能更有用，这是因为发现的所有AMA似乎都靶向双链mtDNA。 其他类型的自身免疫性疾病，比如影响肝脏胆管的自身免疫性疾病，也可能与AMA相关。原发性胆汁性胆管炎和原发性硬化性胆管炎是两种以不同形式的自身抗体为特征的疾病。硬化性胆管炎与抗核抗体（ANA）有关。另一方面，胆管性胆管炎患者具有靶向含有丙酮酸脱氢酶复合物E2亚基硫辛酸酯的AMA。此外，这些患者通常还具有靶向与肝脏线粒体相关的亚硫酸氧化酶和糖原磷酸化酶等酶的抗体。 在目前情况下，尚不清楚这些特定类型的抗体是如何和在何处产生的。这种具有免疫原性的E2亚基通常与线粒体DNA一起漂浮在线粒体基质内部，不会习惯性地通过任何通道逸出。据推测，因即将死亡的细胞发生线粒体降解而产生的异常片段可能有助于促进自身抗体的形成。 在试图了解AMA的产生过程中，这些研究人员迄今为止忽略的一个突出问题是mtDNA如何通过线粒体内膜到达外膜VDAC。美国纽约特种外科医院的Peggy Crow指出尽管确切的答案尚不清楚，但是成像研究显示了另一个与VDAC并行作用的孔系统。这些所谓的“BAK/BAX大孔”允许线粒体内膜突出到细胞质中、通透化并转运包括mtDNA在内的基质成分。 这些研究人员迄今为止尚没有较多地谈及线粒体炎症中的活性氧因素。他们的另一项发现已将VDAC1通道的寡聚化和ROS相关联在一起。更具体地说，他们发现一种称为lipoxstatin-1的分子通过降低VDA1的水平和恢复酶GPX4的水平来保护细胞免受活性氧的损害。 GPX4是谷胱甘肽过氧化物酶的一种独特的硒利用形式，可特异性保护细胞膜中的脂质免受氧化损伤。当GPX4受损时，整个细胞中都会发生一种独特的凋亡形式，即铁死亡（ferroptosis）。通过阻止VDAC1而不是VDAC2或VDAC3的寡聚化，他们发现liproxstatin-1可以使铁死亡途径短路。 重要的是，lipoxstatin-1还可以阻断线粒体的收缩、线粒体内嵴的减少和破坏以及导致铁死亡的其他线粒体膜破裂。GPX4缺乏症不是一种自身免疫性疾病，而是一种在极其受限制的细胞群体内发生的以失控的ROS损伤和铁死亡为特征的疾病。这种疾病极为罕见---实际上如此罕见以至于最近刚诊断出的一名患者是世界上唯一患有这种神秘疾病的人。
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