研究揭示了细胞如何在分裂之前混合其线粒体

在一项具有里程碑意义的研究中,由佩雷尔曼医学院的研究人员领导的一个团队发现并拍摄了细胞如何分裂成两个分子之前的分子内部细节,这些分子被称为线粒体的重要内部成分随机分布到两个分子中子细胞。

该发现发表在《自然》杂志上,主要是基础细胞生物学的一项壮举,但是这一研究线可能有一天可以帮助科学家了解一系列线粒体和细胞分裂相关疾病,从癌症到阿尔茨海默氏症和帕金森氏症。

线粒体是微小的氧气反应器,对于细胞产生能量至关重要。宾夕法尼亚大学医学小组在这项研究中发现,一种称为肌动蛋白的蛋白质,已知会组装成在细胞中起多种结构作用的细丝,还具有确保线粒体在细胞分裂之前均匀分布的重要任务。由于有了这个系统,由该部门组成的两个新电池最终将具有与这些关键能源生产者大致相同的质量和质量。

研究资深作者埃里卡·霍尔兹鲍尔(Erika Holzbaur)说:“我们能够观察到并观察到肌动蛋白丝混合线粒体的不同过程-最奇怪的过程涉及在某些线粒体上肌动蛋白'彗尾'的快速形成,从而将它们随机地推动到细胞内部。”博士,宾州大学医学系William Maul Measey生理学教授。

细胞分裂,也称为有丝分裂,是生物的基本特征之一,但涉及一系列复杂而复杂的操作。分裂细胞(“母细胞”)必须确保其基因组具有两个相同的副本,每个子细胞一个。它还必须平均分配其他关键蜂窝内容。

线粒体每个细胞的数量可能从几到几万种,具体取决于细胞的类型,均匀混合可能尤其重要。它们对细胞的健康至关重要,并包含自己的小型DNA基因组-新的线粒体无法在细胞中产生,除非从母细胞继承的线粒体分裂。

霍尔茨鲍尔(Holzbaur)与该研究的主要作者安德鲁·摩尔(Andrew Moore)博士(曾是霍尔茨鲍尔实验室的研究人员)及其团队的其他成员,希望能更好地了解线粒体在有丝分裂中是如何混合的。他们专注于肌动蛋白,肌动蛋白是一种结构蛋白,其细丝排列在细胞膜的内壁上以塑造和组织细胞。在先前的研究中已经暗示肌动蛋白在组织线粒体的有丝分裂中也起着作用。但是,通过实验证明这一点(想象一下)一直是一个严峻的挑战,部分原因是基于肌动蛋白的细胞内衬趋于阻碍。

在这项研究中,研究小组使用先进的显微镜技术揭示了分裂前细胞内部三维肌动蛋白“电缆”的三维网格。这种格子状的结构具有迫使线粒体均匀地隔开自身的作用。研究小组发现,当他们使用一种特殊的毒素来破坏肌动蛋白电缆的形成时,线粒体的均匀间距就会丢失,子细胞会收到不等量的线粒体。

出乎意料的是,研究人员观察到了另一个甚至更为突出的基于肌动蛋白的过程,该过程在分裂细胞内部起作用,以均匀地分布线粒体。他们看到并拍摄了肌动蛋白丝云,并以波状形式在细胞核周围移动。他们发现,这些肌动蛋白云团围绕着单个线粒体,似乎使它们固定不动-尽管在某些情况下,肌动蛋白丝突然聚集在线粒体上,形成了长长的“彗尾”,将它们拖向了细胞内相当长的距离。

Holzbaur及其同事从他们的观察和实验得出的结论是,这些旋转的云和彗星尾巴的作用是使线粒体随机移动,以确保线粒体质量更均匀地分布。例如,一组受损的线粒体开始集中在细胞的一部分中,通过该过程,最终在分裂发生之前最终会在细胞周围更均匀地散布。

霍尔茨鲍尔说:“这就像将一堆纸牌摊开在一张桌子上一样。” “通过这种方式,每个子细胞不仅可以根据线粒体的数量或数量获得适当的分配,还可以根据线粒体的遗传和代谢多样性获得适当的分配。”

她补充说,这种肌动蛋白“彗尾”是在30年前在入侵细胞的利斯特氏菌上观察到的,但是直到现在,它从未被视为动物细胞中正常过程的一部分。

Holzbaur及其同事目前正在研究如何控制细胞中的线粒体混合过程,以及在破坏该过程时生物体会发生什么。

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