由美國麻省理工學院和哈佛大學布羅德研究院,、哈佛大學醫(yī)學院和馬薩諸塞州總醫(yī)院的科學家組成的聯(lián)合研究小組，創(chuàng)建了迄今為止最全面的細胞線粒體的“組件清單”——一個包含近1100個蛋白質的數(shù)據(jù)庫,。通過對這一重要資源的挖掘研究，科學家不僅對幾種關鍵蛋白質的生物角色和進化歷史有了更深入的理解,，而且確認了一種新的蛋白質編碼基因的突變,，這個突變會導致致命的線粒體疾病。有關結果發(fā)表在7月11日出版的《細胞》（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“細胞器”,，它存在于從酵母菌到人類的所有真核細胞中,。細胞必須有能量的供給才會有活性，線粒體就是細胞中制造能量的器官,，科學家因此給線粒體起了一個別名叫做“powerhouse”,，即細胞的“發(fā)電廠”。
生命每時每刻都在呼吸,，目的是把氧氣吸入體內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程類似于發(fā)電廠燃燒煤發(fā)電。線粒體內有兩個主要部件參與能量的制造,，一個部件叫做呼吸鏈,，它直接利用氧氣把食物“燃燒”———即細胞內氧化磷酸化，把食物中儲存的經(jīng)過光合作用固化下來的太陽能釋放出來,；另一個部件叫做三磷酸腺苷酶（簡稱ATP酶）,，ATP酶本質上是一個可以發(fā)電的分子馬達，像鍋爐燃煤推動發(fā)電機轉動產(chǎn)生電流一樣,，固化的太陽能釋放出來推動分子馬達的轉動以制造能量分子ATP,。線粒體不斷制造ATP分子是維持生命活力所必需的。
在生物體內一系列正常的生物過程,，以及異常的發(fā)病過程（如糖尿病）中,，線粒體也扮演了重要的角色。
蛋白質清單：有待發(fā)掘的寶庫
繼1963年S·納斯（Nass）發(fā)現(xiàn)線粒體DNA（mtDNA）后,，科學家又在線粒體中發(fā)現(xiàn)了RNA,、tRNA、DNA聚合酶,、RNA聚合酶核糖體,、氨基酸活化酶等進行DNA復制、轉錄和蛋白質翻譯的全套裝備,，說明線粒體具有獨立的遺傳體系,。不過，雖然線粒體也能合成蛋白質,，但是合成能力有限,。線粒體約1200種蛋白質中，自身合成的僅十余種,。線粒體的核糖體蛋白和許多結構蛋白,，都是核基因編碼，在細胞質中合成后定向轉運到線粒體的,，因此線粒體被稱為半自主細胞器,。
即使現(xiàn)在已經(jīng)有大量的基因組序列數(shù)據(jù)，科學家還是不能確認,，究竟是哪些基因主宰了大約1200個讓線粒體發(fā)揮功能的蛋白質的編碼,。在線粒體中起作用的究竟是哪些蛋白質？這是多年來細胞生物學中一直未能回答的一個基本問題,。
論文作者之一,，布羅德研究院蛋白質組學研究平臺主任史蒂夫?卡爾則表示，能夠對蛋白質進行大規(guī)模測量的技術和分析方法正在改變著科學家對人類生物學的研究,。利用這種技術,，他們對從14種不同的老鼠組織中分離出的線粒體進行了研究。這是迄今為止科學家完成的對一種細胞器進行的最全面的蛋白質組學分析,。
研究人員一共鑒定了1098個線粒體蛋白質,，并將它們組成了一個名為“MitoCarta”的蛋白質庫，這個庫將對所有科研人員開放,。領導此項研究的哈佛醫(yī)學院助理教授范思·穆薩指出,，這個線粒體“蛋白質清單”的創(chuàng)建，將有助于研究者更好地理解線粒體生物學和線粒體疾病,。
讓致病真兇無所遁形
值得指出的是,，在這個清單中有大約三分之一的蛋白質以前是從未和細胞器聯(lián)系在一起的。為了進一步研究這些新發(fā)現(xiàn)的線粒體蛋白質的功能，研究人員對幾百個物種——從人類,、魚類到真菌和細菌——中對應的基因序列進行了比對,。穆薩說：“在進化過程中，功能相同的蛋白質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化趨勢來破譯這些線粒體蛋白質是如何發(fā)揮功能的。”
研究人員從進化的角度對細胞器的蛋白質進行了仔細檢測,，并且驚奇地發(fā)現(xiàn),，一組關鍵的線粒體蛋白質從幾種單細胞物種中消失了。在擁有它們的有機物（包括人類和其它哺乳動物）中,，這些蛋白質組成了一個靴子狀的多蛋白結構,，稱為“復合物I”，它是能量產(chǎn)生過程中一個關鍵步驟的通路,。
這些發(fā)現(xiàn)不僅加深了科學家對線粒體生物學的認識,，也為科學家在線粒體疾病研究方面取得突破鋪平了道路。幾十年來,，醫(yī)學研究者已經(jīng)診斷出某些疾病源于“復合物I”型缺陷,，這些缺陷是遺傳性的，會影響到五千分之一的新生嬰兒,，在嬰兒生長的最初幾年有可能是致命的,，但是致病基因卻一直沒有找到。借由“MitoCarta”蛋白質庫以及其相應的進化分析,，澳大利亞墨爾本大學和皇家兒童醫(yī)院的研究者最近確認,，在一個名為C8orf38新基因中的一個突變，就是導致“復合物I”型疾病的元兇,。
穆薩認為,，這個蛋白質清單，不僅對一些罕見的新陳代謝疾病的治療,，也為那些常見病的治療開啟了一扇希望之窗,。（生物谷Bioon.com）
