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线粒体功能与细胞蛋白质稳态密切相关，但相关分子机制不明。研究人员聚焦 MFN2 开展研究，发现其在蛋白质质量控制中有关键作用，且独立于线粒体融合功能。该发现为相关疾病治疗提供新思路。
在细胞的微观世界里，线粒体就像一座繁忙的工厂，为细胞的各种活动提供能量。它不仅有着独特的形态变化，还在维持细胞蛋白质的稳定状态方面发挥着至关重要的作用。然而，长期以来，科学家们对于参与维持线粒体功能和细胞蛋白质稳态的关键分子知之甚少，尤其是在没有外部压力的正常生理状态下。这就好比在一座复杂的城市中，虽然知道某些区域很重要，但却不清楚维持这些区域正常运转的具体负责人是谁。
为了解开这个谜团，来自德国科隆大学等多个研究机构的研究人员展开了深入研究。他们将目光聚焦在一种名为 Mitofusin 2（MFN2）的蛋白上，试图探究它在线粒体和细胞蛋白质稳态调控中的具体作用。经过一系列严谨的实验，研究人员发现，MFN2 在蛋白质质量控制方面有着意想不到的重要作用，而且这个作用独立于它在线粒体形态重塑中的功能。这一发现意义重大，为理解细胞生理过程以及相关疾病的发病机制提供了新的视角，相关研究成果发表在《Nature Communications》上。
研究人员开展这项研究时，用到了多种关键技术方法。在细胞模型构建方面，通过双切口酶 CRISPR-Cas9 策略构建了 MFN1 和 MFN2 基因敲除（KO）细胞系 。利用质谱分析对蛋白质进行研究，包括全细胞蛋白质组和相互作用组的无标记定量分析，以此来鉴定蛋白质的变化 。同时，运用免疫印迹（Western blotting）、免疫染色（Immunostaining）等技术检测蛋白质的表达和定位情况。此外，还使用了基因转染技术来改变细胞的基因表达状态。
下面来详细看看研究结果：
- MFN2 对线粒体融合缺陷的拯救作用：研究人员构建了 MFN1 和 MFN2 单敲除以及双敲除的人类细胞模型，通过免疫染色分析线粒体形态。结果发现，MFN1 和 MFN2 敲除会导致线粒体碎片化，但两者的影响有所不同。MFN2 单独表达足以拯救由两者缺失导致的线粒体形态缺陷，而 MFN1 则不能拯救 MFN2 缺失造成的缺陷 。
- MFN2 缺失对细胞蛋白质组的影响：通过对全蛋白提取物进行质谱无标记定量分析，并与野生型（WT）和 MFN1 敲除细胞比较，发现 MFN2 缺失显著改变了 1421 种蛋白质的表达，多数为线粒体蛋白下调，同时影响线粒体呼吸和细胞增殖能力 。
- MFN2 对蛋白质 import machinery 的调控：MFN2 缺失会降低蛋白质 import machinery 相关蛋白的水平，如 TOM20、TOM40 和 TOM70 等。这导致线粒体 Ser/Thr 激酶 PTEN 诱导的假定激酶 1（PINK1）积累，同时增加了细胞自噬（mitophagy）水平 。
- MFN2 与蛋白酶体的相互作用：研究发现 MFN2 能与蛋白酶体的多个亚基结合，且这种结合依赖于 MFN2 的泛素化（ubiquitylation）。MFN2 还能调节 MFN1 等蛋白的周转（turnover） 。
- MFN2 对蛋白质聚集的影响：MFN2 与细胞质伴侣蛋白如热休克同源蛋白 70（HSC70）等相互作用，能防止蛋白质聚集。MFN2 缺失会导致蛋白质聚集增加，而抑制蛋白质翻译可减少这种聚集 。
- CMT2A 患者成纤维细胞的研究：分析患有 Charcot-Marie-Tooth 亚型 2A（CMT2A）患者的原代皮肤成纤维细胞，发现其存在蛋白质聚集增加的现象，但线粒体形态未受影响，这表明蛋白质聚集与线粒体形态改变并无直接关联 。
研究结论和讨论部分指出，MFN2 是维持蛋白质质量控制的重要组成部分。它通过与细胞质伴侣蛋白和蛋白酶体相互作用，防止蛋白质聚集，维持细胞蛋白质稳态。此外，MFN2 还控制 MFN1 的降解，调节蛋白质 import capacity，影响线粒体功能和细胞自噬。这些发现揭示了 MFN2 在维持细胞稳态中的独特作用，且该功能独立于线粒体融合。
MFN2 在代谢紊乱和神经退行性疾病等病理过程中具有重要意义。例如，CMT2A 患者成纤维细胞中出现的蛋白质聚集现象与 MFN2 功能异常有关。此外，在其他神经退行性疾病中，也存在 MFN2 表达减少和蛋白质聚集的情况。这表明 MFN2 可能是这些疾病潜在的治疗靶点，为开发相关疾病的治疗策略提供了新的方向。这项研究为理解细胞生理和病理过程提供了重要依据，有望推动相关疾病治疗领域的进一步发展。
