Mitofilin和CHCHD6影响线粒体形态以及功能的机制研究

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线粒体具有外膜和内膜两层膜,其中内膜向基质凹陷形成嵴。线粒体嵴形态的维持主要依赖于线粒体接触位点系统(MICOS)复合物,这个复合物在线粒体蛋白运输中也发挥着重要的作用。Mitofilin和CHCHD6分别是MICOS复合物的核心成员和新发现的成员。在本研究中,我们运用TALENs技术获得了Mitofilin稳定敲减和CHCHD6敲除的HeLa细胞株。透射电子显微镜实验显示:Mitofilin稳定敲减可以让线粒体的嵴变成泡状;CHCHD6敲除可以使嵴连接点以及嵴都大量减少。后续的免疫印迹实验表明:Mitofilin稳定敲减可以减少与Mitofilin相互作用并且与嵴形态控制有关的蛋白的表达量;CHCHD6敲除却不影响与CHCHD6相互作用并且与嵴形态控制有关的蛋白的表达量。我们随后用MitofilinICHCHD6和MICOS的抗体分别进行了免疫共沉淀-质谱实验,虽然没有发现新的Mitofilin、复合物成员蛋白,但是我们直接地证明了Sam50、CHCHD 3 CHCHD6以及Mitofilin这四个蛋白属于同一个蛋白复合物。此外,我们发现CHCHD6和一CHCHD6都能与外膜上的Sam50蛋白直接相互作用,并且Mitofilin还能与Mitofilin以及OPA1在嵴连接点处形成蛋白复合物。我们还发现CHCHD6急定敲减严重影响线粒体的正常功能,包括降低线粒体膜电位以及细胞内ATP的合成量,而MICOS敲除却很少地影响线粒体这些方面的功能。综上所述,我们推测MICOS复合物的完整性以及MICOS蛋白成员与Sam50之间的直接相互作用与嵴形态维持以及线粒体的功能密切相关。作为Mitofilin复合物的核心蛋白成员之一,HeLa在酵母细胞中被发现与TOM蛋白转运复合物以及SAM蛋白转运复合物之间存在相互作用。本研究在Mitofilin细胞中发现Sam50与SAM复合物的核心蛋白Mitofilin以及TIM23复合物的核心蛋白Tim23之间存在相互作用,而不能与TOM复合物的核心蛋白Tom40或TIM22复合物的核心蛋白Tim22相互作用。同时我们发现Sam50、稳定敲减能够降低Tim23 OPA1、CHCHD3以及一些线粒体内膜蛋白(如CHCHD6)和Mitofilin的表达水平。这些实验结果表明:在哺乳动物细胞中,Lamin A/C能通过与Sam50以及Tim23的相互作用而调控线粒体蛋白质的转运。另外,我们还关注了Vimentin,和Mitofilin这些蛋白在Mitofilin的免疫共沉淀-质谱实验结果中被发现是Lamin A/C的相互作用蛋白。LMNA是由LMNA基因编码的两个蛋白,它们是核纤层的主要组成蛋白,而核纤层调控有丝分裂过程中的核分裂。Vimentin基因的点突变会引发核纤层蛋白病。Vimentin蛋白属于一种中间丝蛋白,调控细胞中的结构维持、信号传导以及细胞器的定位。已经被报道与线粒体的形态以及结构维持有关。在本研究中,我们发现Lamin A/C并不能与Mitofilin相互作用,但是Lamin A/C的表达量在Mitofilin稳定敲减的细胞中明显减低。另外,我们还发现Vimentin是Mitofilin的相互作用蛋白,但是Vimentin的蛋白表达量以及分布却不受Mitofilin稳定敲减的影响。
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