线粒体是真核细胞特有的一种重要细胞器，参与了细胞中能量代谢，钙信号传导，细胞凋亡及衰老等多种生理活动。在细胞中，线粒体在不断的进行着分裂和融合，由此呈现不同的形态。线粒体的形态变化与其功能的正常行使密切相关，当线粒体发生过度的不正常分裂时，其生理功能丧失，进而影响整个细胞中生理活动的正常进行。目前发现多种神经系统疾病的发病机制都与调控线粒体形态的蛋白发生突变有关。　　调控线粒体外膜融合的主要蛋白是Mitofusin1(Mfn1)和Mitofusin2(Mfn2)，它们都是定位于线粒体外膜的GTP酶。当细胞中的Mfn1或Mfn2被敲除时，线粒体的融合基本被抑制，线粒体网络结构被破坏，呈点状分布。Mfn1或Mfn2缺失的细胞在线粒体功能方面也受到显著影响，出现了线粒体DNA丢失，氧化磷酸化速率降低，ATP合成受抑制等现象。我们利用这一细胞模型从小分子药物库中筛选出一个可以诱导线粒体发生融合的小分子化合物S3。　　我们发现，用低浓度的S3(2μM)处理24h后，Mfn1-/-MEF或Mfn2-/-MEF细胞的线粒体由点状变为长丝状，线粒体的网络结构得以恢复。伴随线粒体正常形态的恢复，线粒体DNA的分布也恢复正常，氧化磷酸化的速率明显增加，整个细胞的ATP水平有显著上升。这说明S3在诱导线粒体的形态变化的同时，还可以恢复线粒体的功能。　　为了检测S3引起的线粒体形态变化是否是由于线粒体融合的促进而产生的，我们用光激活荧光蛋白的方法测量了S3处理前后线粒体融合的速率。结果显示，当用S3处理后，细胞中线粒体的融合速率明显加快。此外，我们还排除了S3抑制线粒体分裂的可能性。这些结果说明S3是通过显著促进线粒体融合速率来诱导线粒体形态发生变化的。　　我们利用化学生物学的方法进一步分析了S3诱导线粒体融合的分子机制。我们利用biotin标记的S3从细胞中分离可以被S3修饰的蛋白分子，发现S3可能直接与去泛素化酶(Deubiquitinase)相互作用。因此我们检测了S3处理前后线粒体蛋白的泛素化水平变化，发现S3可以增加线粒体蛋白的泛素化水平。并且，在用S3对细胞进行处理后，Mfn1和Mfn2的泛素化水平都有显著增加，但表达水平没有明显变化，说明这种泛素化与蛋白的降解并无关联，而很有可能是一种新的蛋白功能调节机制。有文献报道，USP30是一个定位于线粒体外膜的去泛素化酶。我们进一步研究表明，USP30确实参与了S3介导的线粒体融合。我们发现S3可以通过与USP30的活性位点结合从而抑制USP30的去泛素化酶活性。在细胞中高表达USP30，可以部分抑制S3引起的线粒体融合，而活性位点突变的USP30则没有这种功能。在用S3处理细胞后，出现了很多与线粒体有共定位或依附于线粒体的泛素聚集点，这提示线粒体上蛋白的泛素化水平有所增加。应用免疫共沉淀的方法，我们发现USP30与Mfn1及Mfn2之间有相互作用。并且，在高表达USP30的情况下，Mfn2的泛素化水平有明显减少。这提示，S3可能是通过抑制USP30来调节Mfn1和Mfn2的泛素化水平的，而Mfn1和Mfn2的泛素化水平可能是Mfn1和Mfn2的融合活性的一个重要调控机制。但Mfn1和Mfn2具体是通过哪种泛素化修饰来调控线粒体融合活性的，还需要进一步的研究。　　综上所述，我们发现了一个新的可以促进线粒体融合的小分子化合物S3。在Mfn1或Mfn2敲除的细胞中，S3引起的线粒体形态变化可以恢复线粒体的正常功能。S3可以抑制线粒体定位的去泛素化酶USP30的活性，从而改变Mfn1和Mfn2的泛素化修饰水平，这可能是S3促进线粒体融合的机制。