Science:細胞的能量工廠如何免於攻擊損傷

圖片來源：medicalxpress.com

2016年1月19日 訊 /生物谷BIOON/ --線粒體是細胞中的能量工廠，其對於機體健康非常重要，當線粒體受到攻擊，比如毒物、環境壓力或遺傳突變時，細胞就會對其進行修復從而形成可用的線粒體；如今刊登在Science上的一項研究報告中，來自索爾克研究所的科學家們揭開了一種特殊機制，即細胞如何誘發針對危險的關鍵反應，從而為理解線粒體疾病、癌症、糖尿病等疾病的發病機制提供一定的線索和基礎。

很多年以來，科學家們一直很清楚，當機體攝入影響線粒體功能的藥物時，細胞中的線粒體就會破碎，但線粒體損傷以及如何誘發線粒體快速的分裂反應，研究者並不清楚；這項研究中，研究人員發現，當細胞暴露於線粒體損傷時，一種關鍵的細胞燃料就會開始測定，酶類AMPK就可以將危險信號發送至線粒體來指導其破碎形成許多小型的線粒體片段。

更有意思的是，利用糖尿病藥物二甲雙胍、鍛鍊或限制性飲食可以激活AMPK酶，當前研究表明，這些療法帶來的部分益處或許是來自促進線粒體健康帶來的效應所引發的。此前研究中研究人員就發現，AMPK酶可以幫助循環損傷的線粒體片層，同時還會向細胞發送信號從而製造新型線粒體，但快速誘發線粒體片段的新角色或許會使得AMPK酶對線粒體和機體的健康異常關鍵。

隨後研究人員利用基因編輯技術CRISPR剔除了細胞中的AMPK，結果發現，當毒物或其它威脅引入線粒體中時，他們在沒有AMPK酶存在的情況下並不會破碎成小片，因此AMPK酶有時候就會以直接作用於線粒體來誘導其破碎成片段結構；研究者還發現，單獨激活AMPK酶或許就足以誘發線粒體破碎，甚至不產生任何損傷。

AMPK實際上在線粒體受體的兩個區域可以發揮作用，這種線粒體受體名為線粒體裂殖因子（mitochondrial fission factor ，Mff)，MFF因子可以通過名為Drp1的蛋白來結合併且環繞線粒體來發揮作用使其破碎；研究者知道AMPK和多種疾病發生直接相關，比如2型糖尿病、免疫疾病和癌症等；線粒體異常如今和代謝性疾病及神經變性疾病之間的關聯越來越相關，本文研究就為解析相關疾病的發病機制及開發新型個體化療法提供了新的線索和依據。（生物谷Bioon.com）

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AMP-activated protein kinase mediates mitochondrial fission in response to energy stress

Erin Quan Toyama1,*, Sébastien Herzig1,*, Julien Courchet2, Tommy L. Lewis Jr.2, Oliver C. Losón3, Kristina Hellberg1, Nathan P. Young1, Hsiuchen Chen3, Franck Polleux2, David C. Chan3, Reuben J. Shaw1,†

Mitochondria undergo fragmentation in response to electron transport chain (ETC) poisons and mitochondrial DNA–linked disease mutations, yet how these stimuli mechanistically connect to the mitochondrial fission and fusion machinery is poorly understood. We found that the energy-sensing adenosine monophosphate (AMP)–activated protein kinase (AMPK) is genetically required for cells to undergo rapid mitochondrial fragmentation after treatment with ETC inhibitors. Moreover, direct pharmacological activation of AMPK was sufficient to rapidly promote mitochondrial fragmentation even in the absence of mitochondrial stress. A screen for substrates of AMPK identified mitochondrial fission factor (MFF), a mitochondrial outer-membrane receptor for DRP1, the cytoplasmic guanosine triphosphatase that catalyzes mitochondrial fission. Nonphosphorylatable and phosphomimetic alleles of the AMPK sites in MFF revealed that it is a key effector of AMPK-mediated mitochondrial fission.