生物通報道：合成細胞能源ATP是絕大多數細胞的基礎，了解線粒體合成ATP的機制將有助于治療癌癥、心血管疾病、神經退行性疾病以及多種罕見線粒體疾病。
兩年前，美國賓州大學佩雷爾曼醫學院生理學教授Kevin Foskett及其同事發現了控制ATP的基本生物學過程，即細胞其他區域與線粒體間不斷的鈣離子往來。他們發現線粒體依賴這一轉換過程，才能夠制造足夠的ATP供正常細胞代謝使用。
現在，Foskett的實驗室與Temple大學Muniswamy Madesh博士實驗室合作又發現了調控線粒體鈣離子流入的必要機制。研究顯示，線粒體蛋白MICU1被用于在正常條件下建立適當的鈣攝取水平，該文章即將發表在十月二十六日的Cell雜志上。
線粒體維持正確的鈣水平對于細胞的生理狀態很重要，穿過線粒體內膜的鈣內流調節著細胞的能量生產，還能夠激活細胞死亡通路。研究人員發現，如果沒有MICU1線粒體中的鈣離子就會過量，生成過量的活性氧并zui終導致細胞死亡。
賓州大學研究線粒體中的鈣離子已有近五十年歷史，始于已故的美國*院士Britton Chance和七十年代早期生理學家Tony Scarpa。
線粒體內膜兩端的電壓驅動了鈣離子攝入，而選擇性鈣離子通道uniporter（單向轉運體）負責介導。線粒體需要適當的鈣內流水平來生產足夠的ATP，而鈣內流過量是有毒的。由于ATP合成會形成大量負電，吸引著正電荷的鈣離子，線粒體持續面臨著鈣超載的風險。不過線粒體還是成功將基質中的鈣離子濃度控制在適當水平，這其中的分子機制至今還鮮為人知。
現在，研究人員發現MICU1與單向轉運體的通道蛋白MCU相互作用，給線粒體的鈣攝入裝上了剎車。而這一調控是細胞防止線粒體鈣超載及相關壓力所必須的。
直到zui近，人們還并不很了解單向轉運體。MICU1被發現是一種位于線粒體內膜的蛋白，并且是單向轉運體攝入鈣所必須的。隨后，人們又發現MCU可能是單向轉運體的主要部件。MICU1和MCU可以進行生化相互作用，并且在不同組織和物種之間MICU1和MCU的表達譜緊密關聯。但人們并不清楚它們之間的確切關系。
在這項研究中，研究人員發現喪失MICU1會導致線粒體中鈣離子累積，而這種累積就是來自于MCU介導的鈣攝入。研究人員本以為MICU1是MCU介導鈣攝入所必須的蛋白，但他們發現MICU1的作用其實相當于看門人。研究顯示，MICU能夠感知線粒體基質中的鈣濃度，建立一個檢驗點以便在鈣濃度正常時阻止鈣攝入。
研究人員認為MICU1與MCU的相互作用，很可能是調節細胞能量和信號傳導的重要過程。如果這兩個分子之間的平衡被破壞，將會導致神經元、心臟細胞、肝臟和其他器官受損。

“線粒體中的鈣離子對于代謝、心血管功能和維持內穩態很關鍵，”Madesh評論道，“缺乏這種檢驗點的細胞會出現線粒體功能紊亂，甚至導致細胞死亡。”
“如果我們可以通過某種分子或機制來影響MICU1和MCU的相互作用，或調解它們的活性，就有望治療許多疾病中出現的代謝紊亂，”Foskett總結道。

來源：生物通