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青科沙龙第98期 | Cell Metabolism-线粒体基因组编码的第14个蛋白质

动物细胞内,存在两套“DNA-RNA-蛋白质”的中心法则,分别由细胞核与线粒体的两套基因组进行编码。细胞核编码的信使RNA由细胞质核糖体翻译,而线粒体编码的信使RNA由线粒体核糖体翻译,两者的密码子不同。“人生不相见,动如参与商”, 这两套中心法则如同参星和商星一样独立运行。

Martin在1998年提出的内共生假说认为线粒体源自于一种好氧细菌。在长期进化过程中,这种好氧细菌进入体积较大的厌氧的古菌细胞中与之共生,逐步丢失对它们生存不重要的一些功能,并将原有的遗传信息大部分转移合并到宿主细胞,而变成现今真核细胞的线粒体。在漫长的进化中,线粒体与细胞核相恋相依,成为动物细胞中唯一的拥有基因组的半自主细胞器,作为呼吸作用的能量工厂,在细胞的生老病死中发挥重要作用。线粒体许多功能需要将物质从线粒体内释放到细胞质或细胞核。刘兴国团队在国际上独辟蹊径,从活性氧簇、代谢、组分等多个角度系统描述了线粒体反向调控细胞核的全新模式。线粒体基因组以类核形式存在,众所周知,包括37个基因,其中13个基因编码信使RNA翻译为蛋白质,以及22个编码转运RNA、2个编码核糖体RNA。然而,
两套中心法则是否存在交叉:线粒体基因组能否利用胞质核糖体翻译出新的蛋白,是生命科学中一个最基本的科学问题。
2024年5月 3日,中国科学院广州生物医药与健康研究院刘兴国课题组在Cell Metabolism期刊发表了题为A novel protein CYTB-187AA encoded by the mitochondrial gene CYTB modulates mammalian early development 的研究论文。该研究发现并证实了线粒体基因细胞色素 b (CYTB),作为唯一的呼吸链复合物III的线粒体编码基因,其信使RNA出线粒体而使用胞质核糖体的标准遗传密码编码全新的 187 个氨基酸长的蛋白质(CYTB-187AA),翻译后定位到线粒体基质中。这一新蛋白沉默的转基因敲入小鼠模型及细胞模型发现其调控早期发育。本工作发现了一种线粒体DNA编码胞质翻译蛋白的“线粒体约定”新模式(mtDNA-encoded proteins arising from cytosolic translation, mPACT)。该工作鉴定了线粒体信使RNA编码的第14种蛋白质的存在和调控早期发育功能,改写了教科书中“线粒体基因组编码13个蛋白”的论断,报道了细胞核中心法则和线粒体中心法则交互使用。


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