Nature：多组学分析确定线粒体蛋白与疾病的关联

　　

线粒体是真核生物的能量工厂。近年来，科学家们已确定了这些细胞器的核心蛋白成分，并将其功能障碍与150多种疾病相关联。尽管如此，数百种线粒体蛋白的确切功能还不清楚，大约四成线粒体疾病的遗传基础也仍在探索中。

华盛顿大学和威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员近日通过CRISPR筛选和多组学策略，系统表征了缺少线粒体蛋白的人类细胞系，并鉴定出与三种线粒体疾病有关的蛋白质。

这项题为“Defining mitochondrial protein functions through deep multiomic profiling”的成果于本周发表《Nature》杂志上。

研究人员采用CRISPR-Cas9基因编辑，并结合液相色谱串联质谱（LC-MS）以及气相色谱串联质谱（GC-MS）分析，来鉴定203个缺乏线粒体蛋白的HAP1基因敲除细胞系。

他们测定了8,400多种蛋白质、近3,600种脂质和218种代谢物的水平，并结合生长速率监测，计算出每种线粒体蛋白的影响，并利用交互式MITOMICS工具将这些影响与已知功能的线粒体蛋白进行比较。

“我们的数据显示了许多目前仍缺乏强大功能表征的线粒体孤儿蛋白的生物学作用，并定义了线粒体功能障碍的丰富细胞特征，可支持线粒体疾病的基因诊断，”作者在文中写道。

利用交互式MITOMICS工具（www.mitomics.app），研究人员不仅可检测已知线粒体蛋白的功能，还能预测其他未知的线粒体蛋白的功能，包括那些与线粒体疾病有关的蛋白。他们认为，这有望帮助人们开发出线粒体疾病的生物标志物和诊断方法。

具体来说，研究人员发现PYURF（PIGY上游开放阅读框）是一种S-腺苷甲硫氨酸甲基转移酶伴侣，支持复合物I的组装和辅酶Q的生物合成。它的缺失与线粒体缺陷引起的多系统疾病有关，这个结果也得到了外显子组测序的支持。他们在一名患有代谢性酸中毒和发育迟缓的儿童中发现了PYURF移码突变。

他们还发现，锌转运蛋白SLC30A9与线粒体核糖体和氧化磷酸化完整性相关。缺乏SLC30A9基因的细胞表现出低于正常水平的线粒体核糖体和氧化磷酸化通路蛋白。

研究人员还发现，RAB5IF是第二个导致颅面畸形、骨骼异常和智力迟钝综合征（CFSMR）的基因，这是一种与智力障碍和面部特征有关的疾病。在此之前，人们已发现TMCO1基因与CFSMR综合征存在关联。

共同通讯作者、华盛顿大学医学院的David Pagliarini表示，通过深入研究MITOMICS的数据，有望发现其他线粒体疾病的贡献因素，并指出“每当我们新发现一种蛋白质的功能，它都会给我们带来一种新的治疗机会”。

“我们的长期目标是以足够的深度了解线粒体，以便进行治疗干预，这是我们目前还无法实现的，”他说。

原文检索

Rensvold, J.W., Shishkova, E., Sverchkov, Y. et al. Defining mitochondrial protein functions through deep multiomic profiling. Nature (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-04765-3