【原】Nat Commun.|细胞如何控制线粒体

线粒体代谢过程中的错误导致了各种疾病，如帕金森氏症和阿尔茨海默氏症。科学家们需要弄清楚这些必要的组成部分是如何进入这些细胞区域复杂的生化装置的。TOM复合体(外线粒体膜的易位酶)被认为是通往线粒体的大门，众所周知，线粒体是细胞的发电站。弗莱堡大学生物化学和分子生物学研究所的Chris Meisinger教授领导的工作小组现在已经在人类细胞中证明了信号分子是如何控制这个通道的。一种被称为DYRK1A的信号蛋白改变了TOM的分子机制，使其对细胞代谢重要的酶具有更强的渗透性。该小组因此发现了第一个直接影响人类这一输入过程的信号蛋白。他们的研究成果发表在《自然通讯》杂志上。

线粒体网络像一条线一样穿过整个细胞(用荧光蛋白用绿色和红色标记)。细胞核染成蓝色

在诸如自闭症、小头症和唐氏综合症等神经发育障碍中，DYRK1A是有缺陷的。“与线粒体的联系是新的。这些结果让我们更好地了解这些疾病并制定治疗策略，”迈辛格团队成员Adinarayana Marada博士说。

“很长一段时间以来，研究人员认为TOM复合体是线粒体膜中的一个刚性结构，它的门总是打开的，”迈辛格解释说。他的团队最近展示了面包师酵母中的信号机制，该机制可以根据细胞的代谢状态或对突发压力的反应来改变TOM复合体的亚基。通过这种方式，细胞可以专门控制构建代谢元件的前体蛋白的流入，并且可以使线粒体的功能适应改变的细胞状态。这种机制是否也存在于人类身上以前是未知的。

该研究的第一作者，Meisinger研究小组的Corvin Walter博士和Adinarayana Marada博士，开发了一种系统的方法来追踪信号机制，如那些由蛋白质激酶触发的人类。在几年的时间里，他们使用细胞生物学和生物信息学方法测试了候选蛋白，并发现了他们正在寻找的- DYRK1A，一种类似的蛋白激酶，作用于TOM复合体。“有了这个，我们实际上找到了大海捞针，”沃尔特说。

这项工作是与弗莱堡大学的Nora教授Vögtle、Tilman Brummer教授和Claudine Kraft教授以及瑞士多特蒙德和弗里堡大学Göttingen的研究人员合作完成的。Meisinger是弗莱堡大学“细胞蛋白质机制动态组织”合作研究中心的发言人。此外，他还是弗莱堡卓越群CIBSS -整合生物信号研究中心、2202跨膜运输和入膜研究培训组和2606 ProtPath的成员。

Walter, C., Marada, A., Suhm, T., Ernsberger, R., Muders, V., Kücükköse, C., Sánchez-Martín, P., Hu, Z., Aich, A., Loroch, S., Solari, F.A., Poveda-Huertes, D., Schwierzok, A., Pommerening, H., Matic, S., Brix, J., Sickmann, A., Kraft, C., Dengjel, J., Dennerlein, S., Brummer, T., Vögtle, F.N., and Meisinger, C. (2021): Global kinome profiling reveals DYRK1A as critical activator of the human mitochondrial import machinery. In: Nat. Commun. 12:4284. DOI: 10.1038/s41467-021-24426-9

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