細胞的線粒體如何制造自己的蛋白質(zhì)工廠

在整個生命之樹中，細胞內(nèi)微小的蛋白質(zhì)生產(chǎn)工廠核糖體無處不在，而且看起來大體相同。在結(jié)構(gòu)上，讓細菌繼續(xù)運轉(zhuǎn)的核糖體與我們?nèi)祟惣毎挟a(chǎn)生蛋白質(zhì)的核糖體沒有太大區(qū)別。

但即使是具有相似核糖體的兩種生物體也可能在其核糖體的RNA和蛋白質(zhì)成分方面表現(xiàn)出顯著的結(jié)構(gòu)差異。線粒體(我們細胞內(nèi)的能量產(chǎn)生實體)內(nèi)的專門核糖體，mitoribosomes 幫助線粒體產(chǎn)生制造 ATP 的蛋白質(zhì)，ATP 是細胞的能量貨幣。

線粒體核糖體或 mitoribosome 是一種蛋白質(zhì)復合物，在線粒體中具有活性，并作為核糖蛋白發(fā)揮作用，用于翻譯線粒體DNA (mtDNA) 中編碼的線粒體信使 RNA (mRNA)。mitoribosome 附著于線粒體內(nèi)膜。

Sebastian Klinge 實驗室的科學家們想知道 mitoribosomes 是如何進化的，它們是如何在細胞內(nèi)組裝的，以及為什么它們的結(jié)構(gòu)在不同物種之間如此不一致。為了回答這些問題，他們使用冷凍電子顯微鏡生成酵母和人類線粒體小亞基組裝時的 3D 快照。他們的發(fā)現(xiàn)將于今天(12 月 8 日)發(fā)表在《自然》雜志上，揭示了線粒體組裝的基本原理，并可能對與線粒體功能障礙相關(guān)的罕見疾病產(chǎn)生影響。

“三維圖片可以告訴我們很多關(guān)于需要什么步驟，過程中涉及什么蛋白質(zhì)，以及你如何能夠調(diào)節(jié)這些大型復雜機器的組裝，”研究生 Nathan Harper 說。克林格的實驗室。“Cryo-EM 使我們能夠從異質(zhì)的純化復合物群體中識別和分離組裝途徑的各個階段，并且我們能夠看到這些復合物在組裝過程中如何隨時間變化，”克林格研究所的研究生克洛伊伯恩賽德補充道。實驗室。

通過在兩個不同的物種(酵母和人類)中觀察這一過程，該團隊設(shè)法直接觀察到線粒體組裝的許多異同。一個關(guān)鍵的區(qū)別是：不同的蛋白質(zhì)通常參與其他方面相似的 RNA 折疊行為。這可能是因為“這些核糖體存在共同的障礙，”Harper 解釋說。“你可以把它想象成制造兩種不同的自行車——公路自行車和山地自行車。你可能需要為每一個額外的零件或工具，但生產(chǎn)的一些關(guān)鍵階段是相似的。”

這些結(jié)果為分子復雜性和多樣性如何在大分子復合物中產(chǎn)生，以及組裝系統(tǒng)如何與復合物本身一起進化提供了獨特的見解。更好地了解 mitoribosomes 也可能對一系列與 mitoribosome 功能障礙相關(guān)的嚴重疾病產(chǎn)生影響，例如 Perrault 綜合征。“我們能夠?qū)⒏鞣N致病突變映射到不同的組裝因子結(jié)構(gòu)上，這樣我們就可以看到這些突變?nèi)绾斡绊懞颂求w組裝過程。”

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