由美國(guó)麻省理工學(xué)院和哈佛大學(xué)布羅德研究院,、哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院和馬薩諸塞州總醫(yī)院的科學(xué)家組成的聯(lián)合研究小組，創(chuàng)建了迄今為止最全面的細(xì)胞線粒體的“組件清單”——一個(gè)包含近1100個(gè)蛋白質(zhì)的數(shù)據(jù)庫(kù)。通過(guò)對(duì)這一重要資源的挖掘研究,，科學(xué)家不僅對(duì)幾種關(guān)鍵蛋白質(zhì)的生物角色和進(jìn)化歷史有了更深入的理解，而且確認(rèn)了一種新的蛋白質(zhì)編碼基因的突變,，這個(gè)突變會(huì)導(dǎo)致致命的線粒體疾病,。有關(guān)結(jié)果發(fā)表在7月11日出版的《細(xì)胞》（Cell）雜志上。
線粒體：能量制造工廠
1890年,，R·阿爾塔曼（Altaman）首次發(fā)現(xiàn)線粒體,。線粒體是一種微型器官——通常稱之為“細(xì)胞器”，它存在于從酵母菌到人類的所有真核細(xì)胞中,。細(xì)胞必須有能量的供給才會(huì)有活性,，線粒體就是細(xì)胞中制造能量的器官，科學(xué)家因此給線粒體起了一個(gè)別名叫做“powerhouse”,，即細(xì)胞的“發(fā)電廠”,。
生命每時(shí)每刻都在呼吸，目的是把氧氣吸入體內(nèi)用于制造生物體可利用的能量分子ATP,。線粒體利用氧氣制造能量的過(guò)程類似于發(fā)電廠燃燒煤發(fā)電,。線粒體內(nèi)有兩個(gè)主要部件參與能量的制造，一個(gè)部件叫做呼吸鏈,，它直接利用氧氣把食物“燃燒”———即細(xì)胞內(nèi)氧化磷酸化,，把食物中儲(chǔ)存的經(jīng)過(guò)光合作用固化下來(lái)的太陽(yáng)能釋放出來(lái)；另一個(gè)部件叫做三磷酸腺苷酶（簡(jiǎn)稱ATP酶）,，ATP酶本質(zhì)上是一個(gè)可以發(fā)電的分子馬達(dá),，像鍋爐燃煤推動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生電流一樣，固化的太陽(yáng)能釋放出來(lái)推動(dòng)分子馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)以制造能量分子ATP,。線粒體不斷制造ATP分子是維持生命活力所必需的,。
在生物體內(nèi)一系列正常的生物過(guò)程，以及異常的發(fā)病過(guò)程（如糖尿病）中,，線粒體也扮演了重要的角色,。
蛋白質(zhì)清單：有待發(fā)掘的寶庫(kù)
繼1963年S·納斯（Nass）發(fā)現(xiàn)線粒體DNA（mtDNA）后，科學(xué)家又在線粒體中發(fā)現(xiàn)了RNA,、tRNA,、DNA聚合酶、RNA聚合酶核糖體,、氨基酸活化酶等進(jìn)行DNA復(fù)制,、轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)翻譯的全套裝備，說(shuō)明線粒體具有獨(dú)立的遺傳體系,。不過(guò),，雖然線粒體也能合成蛋白質(zhì)，但是合成能力有限,。線粒體約1200種蛋白質(zhì)中,，自身合成的僅十余種,。線粒體的核糖體蛋白和許多結(jié)構(gòu)蛋白，都是核基因編碼,，在細(xì)胞質(zhì)中合成后定向轉(zhuǎn)運(yùn)到線粒體的,，因此線粒體被稱為半自主細(xì)胞器。
即使現(xiàn)在已經(jīng)有大量的基因組序列數(shù)據(jù),，科學(xué)家還是不能確認(rèn),，究竟是哪些基因主宰了大約1200個(gè)讓線粒體發(fā)揮功能的蛋白質(zhì)的編碼。在線粒體中起作用的究竟是哪些蛋白質(zhì),？這是多年來(lái)細(xì)胞生物學(xué)中一直未能回答的一個(gè)基本問(wèn)題,。
論文作者之一，布羅德研究院蛋白質(zhì)組學(xué)研究平臺(tái)主任史蒂夫?卡爾則表示,，能夠?qū)Φ鞍踪|(zhì)進(jìn)行大規(guī)模測(cè)量的技術(shù)和分析方法正在改變著科學(xué)家對(duì)人類生物學(xué)的研究,。利用這種技術(shù)，他們對(duì)從14種不同的老鼠組織中分離出的線粒體進(jìn)行了研究,。這是迄今為止科學(xué)家完成的對(duì)一種細(xì)胞器進(jìn)行的最全面的蛋白質(zhì)組學(xué)分析,。
研究人員一共鑒定了1098個(gè)線粒體蛋白質(zhì)，并將它們組成了一個(gè)名為“MitoCarta”的蛋白質(zhì)庫(kù),，這個(gè)庫(kù)將對(duì)所有科研人員開(kāi)放,。領(lǐng)導(dǎo)此項(xiàng)研究的哈佛醫(yī)學(xué)院助理教授范思·穆薩指出，這個(gè)線粒體“蛋白質(zhì)清單”的創(chuàng)建,，將有助于研究者更好地理解線粒體生物學(xué)和線粒體疾病,。
讓致病真兇無(wú)所遁形
值得指出的是，在這個(gè)清單中有大約三分之一的蛋白質(zhì)以前是從未和細(xì)胞器聯(lián)系在一起的,。為了進(jìn)一步研究這些新發(fā)現(xiàn)的線粒體蛋白質(zhì)的功能,，研究人員對(duì)幾百個(gè)物種——從人類、魚(yú)類到真菌和細(xì)菌——中對(duì)應(yīng)的基因序列進(jìn)行了比對(duì),。穆薩說(shuō)：“在進(jìn)化過(guò)程中,，功能相同的蛋白質(zhì)通常擁有相似的歷史，它們往往是集體性獲得或消失,。我們就是利用這種進(jìn)化趨勢(shì)來(lái)破譯這些線粒體蛋白質(zhì)是如何發(fā)揮功能的,。”
研究人員從進(jìn)化的角度對(duì)細(xì)胞器的蛋白質(zhì)進(jìn)行了仔細(xì)檢測(cè)，并且驚奇地發(fā)現(xiàn),，一組關(guān)鍵的線粒體蛋白質(zhì)從幾種單細(xì)胞物種中消失了,。在擁有它們的有機(jī)物（包括人類和其它哺乳動(dòng)物）中，這些蛋白質(zhì)組成了一個(gè)靴子狀的多蛋白結(jié)構(gòu),，稱為“復(fù)合物I”,，它是能量產(chǎn)生過(guò)程中一個(gè)關(guān)鍵步驟的通路。
這些發(fā)現(xiàn)不僅加深了科學(xué)家對(duì)線粒體生物學(xué)的認(rèn)識(shí)，也為科學(xué)家在線粒體疾病研究方面取得突破鋪平了道路,。幾十年來(lái),，醫(yī)學(xué)研究者已經(jīng)診斷出某些疾病源于“復(fù)合物I”型缺陷，這些缺陷是遺傳性的,，會(huì)影響到五千分之一的新生嬰兒,，在嬰兒生長(zhǎng)的最初幾年有可能是致命的，但是致病基因卻一直沒(méi)有找到,。借由“MitoCarta”蛋白質(zhì)庫(kù)以及其相應(yīng)的進(jìn)化分析，澳大利亞墨爾本大學(xué)和皇家兒童醫(yī)院的研究者最近確認(rèn),，在一個(gè)名為C8orf38新基因中的一個(gè)突變,，就是導(dǎo)致“復(fù)合物I”型疾病的元兇。
穆薩認(rèn)為,，這個(gè)蛋白質(zhì)清單,，不僅對(duì)一些罕見(jiàn)的新陳代謝疾病的治療，也為那些常見(jiàn)病的治療開(kāi)啟了一扇希望之窗,。（生物谷Bioon.com）
