线粒体分裂与融合及其相关动力蛋白的作用

线粒体分裂与融合及其相关动力蛋白的作用张昊大致框架线粒体分裂与融合的作用与线粒体分裂相关的蛋白及其作用原理与线粒体融合相关的蛋白及其作用原理钙离子对线粒体融合、分裂平衡的调节（补充）线粒体分裂融合与疾病线粒体分裂的作用线粒体不能自发产生，必须通过自我复制来“增殖”，它们必须从母细胞分配到子细胞中细胞进入有丝分裂中期，线粒体则片段化成颗粒状，进而分配到子细胞中；有丝分裂完成后，子细胞中的线粒体又会重新恢复管状的网络结构。线粒体融合的作用线粒体融合使得有不同mtDNA突变的呼吸缺陷株能够互补，从而恢复其呼吸功能多细胞生物中线粒体间mtDNA互补可能使得病理性线粒体DNA突变的影响降到最小，从而延长细胞的寿命发育过程中起着重要作用精子发生在线粒体融合阶段受阻，则会导致雄性不育线粒体融合-分裂的作用与细胞内消除不正常线粒体的机制相关线粒体总是不断的进行融合-分裂的循环分裂事件产生两个不对称的子代线粒体单位，一个膜电位升高的子代线粒体——下一轮的融合.分裂循环膜电位下降的去极化的子代线粒体——从线粒体的网络状结构中分离出来并成为自吞的目标而被消除线粒体内外膜有不同的分裂机制内膜和外膜分裂的差异可在DRPI突变的线虫肌肉细胞中检测到当外膜分裂被阻止时，线粒体内膜的分裂仍能发生，这些结果表明动物线粒体内膜拥有不同的分裂机制与线粒体分裂相关蛋白外膜分裂：Drpl／Dnmlp、Fisl／Fislp、Caf4p和Mdv1p，前两个在多种生物中存在并比较保守，后两种蛋白目前仅在酵母中发现。内膜分裂：粒体内膜上的蛋白质很可能是细菌的后代线粒体起源于细菌Drp1\Dnmlp蛋白的结构GTPase结构域、中间区(middledomain，Dynamin2domain)和介导自组装的羧基末端的GTPase效应结构域(GTPaseeffectordomain，GED)外膜分裂作用机制两个实验事实：纯化的Drpl能够在体外组装成环形或螺旋形结构不能水解GTP的Drpl突变体则引起线粒体的过度网络化结论：能类似于dynamin，能在线粒体膜上形成环状结构，并通过水解GTP产生能量，促进环收缩，从而推动膜分裂另一种观点观点：Drp1可以作为信号分子将其他活性组分募集到分裂位点，从而促进膜分裂证据：来自对Dnmlp的GED区的一种突变的研究,这种突变不具有ATP水解能力，在酵母中表达这种突变，导致线粒体分裂的增加内膜分裂机制大部分细菌的分裂依靠围绕在ftsZ蛋白环周围的蛋白质复合物，ftsZ环与细菌膜的内部相连，限制形成向内生长的突触，然后进一步凹陷得以分裂。在真核细胞中不包含ftsZ的同源物，可能是其他蛋白质代替了ftsZ。可能之一是发动蛋白家族的另一成员——Mgm1负责线粒体内膜分裂与线粒体融合相关蛋白外膜融合：Fzo家族蛋白的Mfn1和Mfn2Mfnl／2在功能上能够相互替代，如缺失Mfnl的细胞可以通过高表达Mfn2来恢复其融合功能内膜融合：dynamin家族蛋白Mgmlp／OPA1介导的Mgmlp在酵母中必须以两种蛋白形式存在：l-Mgmlp、s-Mgmlp线粒体内外膜的融合是相对独立的实验证实：OPAl缺失并不影响线粒体外膜的融合，但可阻滞内膜融合的发生。而Mfnl／2敲除后，线粒体内外膜融合均显著受到抑制结论：说明线粒体内外膜融合是独立的，机制上也存在差异线粒体融合的机理第一步：两个要融合的线粒体间形成融合装置(包含线粒体膜表面的蛋白)称为锚定，它确保了线粒体融合的特异性并使临近的膜结构紧密并列第二步：主要表现为外膜脂质分子的混合钙离子对线粒体融合分裂平衡的调节第二信使可通过介导Drpl磷酸化或去磷酸化作用来调节线粒体融合-分裂的平衡引起Drpl丝氨酸637或丝氨酸656位点的去磷酸化，促进Drpl在线粒体表面的定位，加速线粒体分裂引起Drpl丝氨酸600位点的磷酸化，其后Drpl亲和力增强，分布于线粒体表面的数目增多，从而加剧线粒体分裂介导Drpl磷酸化和去磷酸化两种现象，增强Drpl活性及其在线粒体上分布，加剧线粒体分裂线粒体分裂融合与疾病降低有氧代谢能力雄性不育格兰医学杂志报道了首例Drpl突变的病例，该突变位于Drpl中间区，可以引起线粒体和过氧化物酶体形态改变，并引起出生后大脑发育障碍、视神经萎缩、高乳酸血症、血长链脂肪酸浓度升高等一系列严重的并发症，为致死突变。Verstreken等人对果蝇神经细胞的研究提示线粒体分裂在神经信号传递过程中发挥着重要的作用，Drpl突变的果蝇在突触处缺少线粒体。神经信号的传递与突触囊泡的释放与融合在突变体中不受影响，但在同样的信号刺激下，突变体不能进行正常的神经肌肉接头信号传递原因：Drpl突变影响了线粒体分布，从而导致突触线粒体缺乏，能量合成障碍