最初，高等細胞的動力源線粒體是獨立的生物體。法蘭克福歌德大學的研究人員以線粒體應激反應為例，研究了它們的新陳代謝在進化過程中與宿主細胞的新陳代謝混合的程度。他們發(fā)現(xiàn)線粒體發(fā)出兩種不同的生化信號。這些在細胞中一起處理并觸發(fā)支持機制以恢復細胞平衡(穩(wěn)態(tài))。這項工作的一部分是在法蘭克福歌德大學的 ENABLE 集群計劃(現(xiàn)為 EMTHERA)內(nèi)完成的。
隨著生命以最廣泛的單細胞生物體的形式在地球上傳播，在 3.5 到 10 億年前的某個時候，一種這樣的生物體實現(xiàn)了一場進化政變：它沒有吞噬和消化細菌，而是將獵物封裝起來，并將其用作能量之源。作為宿主細胞，它提供保護和營養(yǎng)作為回報。這被稱為內(nèi)共生理論，根據(jù)該理論，單細胞生物是所有高等細胞的原始母親，所有動物、真菌和植物都是由這些細胞發(fā)展而來的。經(jīng)過數(shù)十億年的時間，封裝的細菌成為細胞的動力源——線粒體，為細胞提供細胞能量貨幣 ATP。它失去了大部分遺傳物質(zhì)——DNA——并與母細胞交換了更小的DNA片段。然而，
法蘭克福歌德大學 Christian Münch 博士領導的研究小組正在研究當今人類細胞中細胞和線粒體協(xié)同工作的緊密程度。他們現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)線粒體在面臨壓力時如何向細胞尋求幫助。例如，這種壓力的觸發(fā)因素可能是感染、炎癥性疾病或遺傳性疾病，也可能是營養(yǎng)缺乏或細胞毒素。
某種類型的線粒體應激是由錯誤折疊的蛋白質(zhì)引起的，這些蛋白質(zhì)不能快速降解并在線粒體中積累。對于線粒體和細胞來說，后果都是巨大的：例如，錯誤折疊的蛋白質(zhì)可能會破壞能量產(chǎn)生或?qū)е滦纬纱罅炕钚匝趸衔?，從而攻擊線粒體 DNA 并產(chǎn)生更多錯誤折疊的蛋白質(zhì)。此外，錯誤折疊的蛋白質(zhì)會破壞線粒體膜的穩(wěn)定性，從線粒體中釋放信號物質(zhì)，激活細胞凋亡(細胞的自我毀滅程序)。
線粒體通過產(chǎn)生更多的伴侶(折疊助手)來折疊蛋白質(zhì)以減少錯誤折疊，以及降解錯誤折疊蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)粉碎單元來應對壓力。到目前為止，細胞如何觸發(fā)這種保護機制尚不清楚。
法蘭克福歌德大學的研究人員人為地引發(fā)了培養(yǎng)的人類細胞線粒體中的錯誤折疊應激，并分析了結(jié)果。身為生物化學家的 Münch 解釋說：“難以解開此類信號傳導過程的原因是，細胞中同時高速發(fā)生的信號數(shù)量令人難以置信。”因此，研究小組利用了可用于測量基因轉(zhuǎn)錄程度隨時間變化的方法(轉(zhuǎn)錄組分析)。此外，研究人員還觀察了哪些蛋白質(zhì)在哪個時間點彼此結(jié)合、細胞內(nèi)物質(zhì)的濃度以哪個時間間隔發(fā)生變化，以及當單個蛋白質(zhì)被系統(tǒng)性失活時會產(chǎn)生什么影響。
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