該團(tuán)隊(duì)的研究成果發(fā)表在《自然結(jié)構(gòu)與分子生物學(xué)》雜志上，題為“DELE1寡聚促進(jìn)綜合性應(yīng)激反應(yīng)的激活”。

研究人員寫道：“線粒體是動(dòng)態(tài)的細(xì)胞小器官，不斷響應(yīng)細(xì)胞應(yīng)激。最近的研究表明，線粒體應(yīng)激通過釋放DELE1的蛋白水解片段從線粒體傳遞到細(xì)胞質(zhì)，該片段與eIF2α激酶HRI結(jié)合，從而啟動(dòng)綜合性應(yīng)激反應(yīng)（ISR）信號傳導(dǎo)。”

“我們報(bào)告了人類DELE1 C端裂解產(chǎn)物的冷凍電子顯微鏡結(jié)構(gòu)，它組裝成高階寡聚體。這個(gè)寡聚體由八個(gè)DELE1單體組成，通過兩組疏水性亞單位相互作用以D4對稱方式組裝。我們確定了參與DELE1寡聚化的關(guān)鍵氨基酸殘基，并通過突變研究在體外和細(xì)胞中確認(rèn)了它們在穩(wěn)定八聚體中的作用?！?/p>

“我們進(jìn)一步表明，組裝受損的DELE1突變體在誘導(dǎo)依賴HRI的細(xì)胞培養(yǎng)模型中激活I(lǐng)SR的能力受損。綜上所述，我們的發(fā)現(xiàn)為理解DELE1的活性以及它如何在線粒體受損后信號傳導(dǎo)以促進(jìn)ISR活性提供了分子洞察。”

該研究的第一作者楊杰博士是斯克里普斯研究所Gabriel Lander博士實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員。他表示：“理解這一信號通路的分子細(xì)節(jié)有可能幫助我們開發(fā)治療多種疾病的方法，比如神經(jīng)退行性疾病、癌癥和心臟疾病。”

應(yīng)對壓力并做出反應(yīng)是維持細(xì)胞功能和健康的關(guān)鍵。線粒體必須不斷感知和應(yīng)對壓力因素，比如病毒感染和缺鐵。然而，隨著人們年齡的增長，線粒體的這種能力會減弱。

斯克里普斯研究所Luke Wiseman實(shí)驗(yàn)室的研究生Kelsey Baron表示：“就像我們身體的其他部分一樣，線粒體也會變得稍微不那么高效。當(dāng)線粒體的生產(chǎn)力減少時(shí)，細(xì)胞在對抗不同應(yīng)激因素時(shí)就沒有那么多能量，許多人認(rèn)為這是神經(jīng)退行的一個(gè)重要觸發(fā)因素?！?/p>

線粒體應(yīng)對應(yīng)激的一種方法是激活I(lǐng)SR。先前的研究表明，DELE1蛋白參與了激活這一綜合性應(yīng)激反應(yīng)，但在此之前，關(guān)于蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)知之甚少。表征DELE1的結(jié)構(gòu)是理解和治療與線粒體應(yīng)激相關(guān)的疾病的關(guān)鍵一步。

研究人員聚焦于DELE1的一個(gè)片段——C端，已知它在啟動(dòng)ISR中起著積極作用。當(dāng)他們分離出這個(gè)片段時(shí)，他們驚訝地發(fā)現(xiàn)它的重量比預(yù)期要大得多，這表明蛋白質(zhì)片段的多個(gè)副本正在結(jié)合在一起。通過電子顯微鏡，團(tuán)隊(duì)展示了這個(gè)蛋白質(zhì)復(fù)合物（或寡聚體）是一個(gè)高度對稱的圓柱體，由八個(gè)相同的片段組成，換句話說，是一個(gè)八聚體。

研究的共同高級作者之一，Gabriel Lander博士，在斯克里普斯研究所整合結(jié)構(gòu)與計(jì)算生物學(xué)系擔(dān)任教授，他表示：“它形成了這種更大的寡聚結(jié)構(gòu)，完全出乎意料。就像兩只四腿蜘蛛，它們的腿交織在一起，形成了這種靈活的圓柱狀結(jié)構(gòu)?！?/p>

研究人員捕獲了超過12,000張八聚體的電子顯微鏡圖像，然后使用算法生成了三維結(jié)構(gòu)模型。然后，通過查看結(jié)構(gòu)中不同氨基酸（蛋白質(zhì)的構(gòu)建塊）的位置，他們能夠確定哪些氨基酸參與結(jié)合和組裝八聚體。

為了測試DELE1的這種寡聚化是否需要激活I(lǐng)SR，研究人員在一些關(guān)鍵氨基酸中引入了突變，破壞了DELE1結(jié)合在一起的能力。當(dāng)他們培養(yǎng)含有這種突變、不能寡聚化的DELE1版本的細(xì)胞時(shí)，這些細(xì)胞無法激活I(lǐng)SR，這表明寡聚化對于激活這一應(yīng)激信號通路至關(guān)重要。

研究人員表示，下一步是找到利用這些結(jié)構(gòu)信息來操控這些途徑的方法，尤其是在不同疾病和障礙中。

參考文獻(xiàn)：https://www.nature.com/articles/s41594-023-01061-0

編輯：王洪

排版：李麗