【儀表網 儀表研發】2月10日，《美國國家科學院院刊》(PNAS)雜志在線發表了中國科學院生物物理研究所饒子和課題組、胡俊杰課題組和美國科學院院士JodiNunnari課題組合作的研究論文“Structural analysis of a trimeric assembly of the mitochondrial dynamin-like GTPase Mgm1”。該研究解析了線粒體內膜融和蛋白Mgm1在結合GDP狀態下的晶體結構，并提出了Mgm1通過多模態聚合和多位點膜結合誘導融合所需的膜彎曲的分子機制模型。
線粒體(mitochondrion) 是一種存在于大多數細胞中的由兩層膜包被的細胞器，是細胞中制造能量的結構，是細胞進行有氧呼吸的主要場所，被稱為"power house"。其直徑在0.5到1.0微米左右。
除了溶組織內阿米巴、籃氏賈第鞭毛蟲以及幾種微孢子蟲外，大多數真核細胞或多或少都擁有線粒體，但它們各自擁有的線粒體在大小、數量及外觀等方面上都有所不同。
線粒體擁有自身的遺傳物質和遺傳體系，但其基因組大小有限，是一種半自主細胞器。除了為細胞供能外，線粒體還參與諸如細胞分化、細胞信息傳遞和細胞凋亡等過程，并擁有調控細胞生長和細胞周期的能力。
饒子和與胡俊杰團隊前期合作闡明了線粒體外膜融合蛋白Mitofusin(MFN)介導膜拴連和融合的機制。然而，線粒體內膜的融合更為復雜，雖然該反應也依賴于發動蛋白超家族的Mgm1或OPA1蛋白，但這些蛋白在發揮功能時又通過蛋白酶水解衍生出含跨膜區的長型和可溶性的短型，兩者缺一不可。內膜融合的缺陷導致線粒體DNA的丟失，小鼠的胚胎致死。但是其分子機制仍舊不甚明了。
饒子和和閆利明團隊解析了釀酒酵母Mgm1蛋白短型全長的結構，發現其單體構象與膜裂解蛋白發動蛋白-1(Dynamin-1)很相似，又形成了首尾相接的三聚體以及反向背靠背的二聚體。胡俊杰課題組通過酶活測定、體外多聚體分析和膜結合等生化實驗驗證了結構的發現。Nunnari課題組此前獨立在酵母細胞中進行了Mgm1的結構功能驗證，發現與本文中解析的結構高度吻合，同時也平行驗證了Mgm1存在至少兩個膜結合位點的重要發現。
酵母(saccharomyce) 是基因克隆實驗中常用的真核生物受體細胞，培養酵母菌和培養大腸桿菌一樣方便。酵母克隆載體的種類也很多。酵母菌也有質粒存在，這種2μm 長的質粒稱為2μm 質粒，約6 300bp。這種質粒至少有一段時間存在于細胞核內染色體以外，利用2μm 質粒和大腸桿菌中的質粒可以構建成能穿梭于細菌與酵母菌細胞之間的穿梭質粒。酵母克隆載體都是在這個基礎上構建的。
該研究投稿的過程中，德國的一個團隊報道了嗜熱毛殼菌短型Mgm1的晶體和電鏡結構，并發現該蛋白可以像膜裂解發動蛋白一樣在膜上纏繞成多聚體，以介導線粒體嵴的發生和膜融合可能需要的膜彎曲。本研究發現的“背靠背”結合界面在嗜熱毛殼菌Mgm1中保守，但首尾相連的界面和多位點膜結合等發現此前未有報道。因此，本研究提出的全新模型很好地整合了Mgm1膜結合的特點，也部分解釋了為何一個形似裂解蛋白的發動蛋白成員能夠反過來介導融合。
饒子和、JodiNunnari和胡俊杰是論文的共同通訊作者。饒子和課題組的閆利明、胡俊杰課題組的齊元博及Nunnari課題組的Derek Ricketson為論文的共同第一作者。該研究得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金和NIH基金等的支持。
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