白癜风原因 https://wapjbk.39.net/yiyuanfengcai/tsyl_bjzkbdfyy/2818/近日，国际学术期刊CurrentBiology在线发表了香港中文大学Byung-HoKang与奥地利科学院格雷戈尔孟德尔植物分子生物学研究所YasinDagdas合作完成的题为“Friendlymediatesmembranedepolarization-inducedmitophagyinArabidopsis”的研究论文，该研究利用延时成像、电子断层成像技术和生化分析对植物体内的线粒体自噬机制进行了解析，揭示了去极化可诱导拟南芥细胞自噬的发生，以及Friendly蛋白介导幼苗去黄化期间的线粒体自噬。
研究背景
线粒体内的氧化环境使其特别容易遭受蛋白毒性压力的侵袭。为保持健康的线粒体网络，真核生物已演化出多层质量调控途径。如果毒性压力无法得以缓解，有缺陷的线粒体就会通过自噬途径被选择性去除。因此，内质网自噬降解对于维持应激状态下的内质网稳态至关重要。尽管线粒体自噬的分子基础研究已在后生动物和酵母中取得了重大进展，但植物体内关于这一方面的调控机制在很大程度上仍是未知的。
主要结果
1.解偶联剂诱导拟南芥线粒体去极化和自噬
解偶联剂（如DNP和FCCP）能够对线粒体内膜的电化学电位造成干扰，触发哺乳动物细胞中的线粒体循环。为检测这些化合物是否也影响植物根尖细胞的线粒体形式，在含有DNP/FCCP的液体培养基中孵育表达有线粒体靶向GFP的拟南芥幼苗后，通过线粒体活细胞成像和电子显微镜/断层扫描显示，在所有细胞类型中均观察到线粒体膜电位的丧失，且与DNP一起孵育时，去极化线粒体的数量显著增加。此外，自噬必需基因ATG5失活导致去极化线粒体在有/无DNP处理情况下下均发生积累（图1），表明去极化线粒体的去除需要ATG5的参与。
图1.解偶联剂处理后拟南芥去极化线粒体的积累情况
ATG8是一种泛素样蛋白，被广泛用于监测和量化植物中的自噬。为检测解偶联剂处理是否可诱导自噬体形成，将拟南芥ATG8家族成员ATG8e融合YFP后进行观察发现，DNP处理后，根细胞中ATG8e点状信号以时间依赖性方式显著增加。免疫印迹分析显示，DNP孵育的根样品中ATG8丰度增加，但atg5-1突变体根样品中ATG8条带减弱，且不受DNP影响。以上结果表明DNP处理激活了选择性自噬途径，ATG8以ATG5依赖性方式在自噬途径中发挥功能。
2.ATG5对于线粒体蛋白降解是必需的
利用线粒体红色荧光染料MTR对YFP-ATG8e根细胞进行染色，以检测DNP诱导的自噬体是否发挥作用，结果发现线粒体被YFP-ATG8e环完全包围。延时活细胞成像分析显示，部分YFP-ATG8e以包囊形式将线粒体吞噬（图2）。电镜观察发现，拟南芥atg5-1根细胞线粒体表现出与自噬体无关的内部降解的迹象，表明植物细胞线粒体自噬途径需要ATG5的参与。利用免疫印迹对线粒体蛋白的水平进行检测，发现DNP处理的atg5-1样品中线粒体蛋白质水平无明显变化，表明ATG5是蛋白质降解所必需的。
图2.解偶联剂处理后拟南芥自噬体选择性吞噬去极化线粒体
3.簇状线粒体家族蛋白Friendly介导植物线粒体自噬
在拟南芥中，簇状线粒体（CLU）家族蛋白Friendly（FMT）在线粒体动力学中发挥关键作用。根细胞FMT定位观察发现，DNP处理后FMT-YFP定位由弥漫性胞质分布转变为与线粒体共定位的点状分布，且DNP处理能显著增加FMT与ATG8的共定位，表明FMT-YFP被募集到线粒体自噬体。另外，FMT突变导致ATG8e标记的囊泡在解偶联剂处理后无法吞噬线粒体（图3），说明FMT对于拟南芥根细胞中去极化诱导的线粒体自噬体形成至关重要。TMRE染色和自噬免疫印迹实验显示，fmt中去极化线粒体的丰度明显增多，线粒体蛋白降解延迟，表明FMT是拟南芥线粒体自噬介导的蛋白再循环所必需的。
图3.解偶联剂处理后Friendly与线粒体受损和ATG8相关
4.脱黄化过程中拟南芥子叶细胞的线粒体自噬被激活
光照后的幼苗经历去黄化作用，这涉及白色质体向叶绿体的转化过程。鉴于线粒体和叶绿体功能存在相互联系性，推测去黄化过程中线粒体的数量可能会发生调整。通过监测子叶绿化发现，黑暗生长的幼苗在恢复光照后6小时叶绿素含量显著增加。线粒体蛋白浓度的波动表明在大约8小时内线粒体循环周期加速，且经TMRE染色发现子叶细胞中去极化线粒体数量显著增加，表明去黄化诱导的线粒体再循环与线粒体膜去极化相关（图4）。
图4.去黄化过程中拟南芥子叶细胞的线粒体自噬
总结
该研究利用多项生物技术对植物线粒体自噬进行了系统分析。与后生动物中的研究结果类似，质子体解偶联剂能够特异性地诱导线粒体自噬。本研究揭示了Friendly蛋白对线粒体自噬至关重要。同时，研究发现拟南芥去黄化过程中的线粒体自噬水平明显升高，这为细胞间通讯以及构成植物发育过渡的线粒体-叶绿体串扰模式提供了又一佐证。
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