非整倍性诱导的蛋白质稳态失衡通过SQSTM1/p62介导线粒体前体蛋白聚集并损害线粒体功能

本研究针对非整倍性细胞中蛋白质稳态失衡的机制展开深入探索。研究人员通过p62邻近标记和免疫共沉淀蛋白质组学技术，发现染色体数目异常会导致线粒体前体蛋白在胞质中异常聚集，形成SQSTM1/p62阳性包涵体。研究揭示了非整倍性通过损害线粒体蛋白输入功能，导致线粒体DNA减少、活性氧水平升高等系列功能障碍，为理解非整倍性与细胞代谢紊乱的关系提供了新视角。该成果发表于《Nature Communications》，对认识癌症和遗传疾病的发病机制具有重要意义。

　　

在生命科学领域，染色体数目异常（非整倍性）是癌症细胞的典型特征，约90%的实体肿瘤都存在这种现象。然而，这种基因组失衡如何影响细胞功能仍存在诸多未解之谜。以往研究发现，非整倍性会导致细胞增殖减缓、蛋白质折叠缺陷和DNA损伤增加，但对其具体分子机制，特别是与细胞能量工厂——线粒体的关系知之甚少。

德国凯泽斯劳滕工业大学等机构的研究团队在《Nature Communications》发表重要研究成果。通过构建携带不同额外染色体的人类细胞模型，结合前沿的APEX2邻近标记技术和质谱分析，首次揭示了非整倍性如何通过干扰蛋白质稳态，导致线粒体功能紊乱的完整机制。研究发现，染色体数目异常会导致大量未折叠的线粒体前体蛋白在胞质中聚集，这些蛋白被自噬受体SQSTM1/p62捕获形成包涵体，进而损害线粒体的正常功能。

研究采用了多项关键技术：1）构建稳定的非整倍性细胞系模型；2）APEX2-p62邻近标记结合质谱分析技术；3）免疫共沉淀联合质谱技术；4）线粒体蛋白输入动力学实验；5）线粒体功能检测（包括氧消耗测定和膜电位分析）。

研究结果

p62在非整倍性细胞中的表达量与额外DNA含量呈正相关
通过比较不同非整倍性细胞系发现，p62蛋白的表达水平与额外染色体携带的蛋白编码基因数量直接相关。免疫印迹和免疫荧光显示，p62阳性包涵体的数量和大小随非整倍性程度增加而显著增加。

p62依赖性邻近标记揭示与线粒体蛋白的共定位
采用APEX2-p62邻近标记技术结合质谱分析，鉴定出236-902个在非整倍性细胞中特异性富集的p62邻近蛋白。基因本体分析显示，这些蛋白显著富集于线粒体相关通路，特别是内膜和基质蛋白。

亲和蛋白质组学证实线粒体蛋白是p62的主要互作蛋白
免疫共沉淀联合质谱分析验证了线粒体蛋白（如HADHA、HADHB）是p62在非整倍性细胞中的特异性互作伙伴。这些互作在二倍体细胞过表达p62时并未显著出现，表明其与非整倍性特有的蛋白质稳态失衡相关。

染色体获得损害线粒体结构和基因组
显微镜观察发现非整倍性细胞中线粒体呈现核周聚集的异常形态。qPCR检测显示线粒体DNA拷贝数减少至二倍体细胞的60-80%，同时核编码的氧化磷酸化复合体蛋白水平显著降低。

线粒体功能障碍和ROS产生增加
非整倍性细胞的活性氧水平显著升高，线粒体复合体I依赖性氧消耗能力降低约50%，与线粒体解偶联剂CCCP处理的效果相当。

胞质蛋白质稳态关键影响p62包涵体形成和线粒体功能
过表达热休克蛋白（HSP27、HSP90α）可显著减少p62与线粒体蛋白TOMM20的共定位，改善蛋白质聚集现象，表明蛋白质折叠缺陷是非整倍性线粒体功能障碍的主要原因。

线粒体蛋白输入在额外染色体细胞中受损
免疫印迹检测到线粒体前体蛋白（如HADHA、HADHB）在非整倍性细胞胞质中异常积累。放射性标记实验证实，线粒体蛋白输入速度在非整倍性细胞中明显延迟。

结论与意义
该研究系统阐明了非整倍性导致细胞功能障碍的新机制：染色体数目异常→蛋白质稳态失衡→线粒体前体蛋白输入受阻→p62介导的异常蛋白聚集→线粒体功能损伤。这一发现将非整倍性、蛋白质稳态和线粒体功能三大重要生物学过程有机联系起来，为理解癌症细胞代谢重编程提供了新视角。特别值得注意的是，研究证明改善蛋白质折叠能力可以缓解这些异常，这为开发针对非整倍性相关疾病（如癌症和唐氏综合征）的治疗策略提供了潜在靶点。