我國科學(xué)家在線(xiàn)粒體呼吸鏈研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展
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發(fā)布時(shí)間：2017-09-25
圖. 人源呼吸鏈超超級復合物整體結構
人源線(xiàn)粒體呼吸鏈超超級復合物I2III2IV2結構模型（左上）；線(xiàn)粒體膜間隙一側，復合物III和IV中細胞色素c結合位點(diǎn)（左下）。線(xiàn)粒體呼吸鏈復合物完整聚合形式預測模型I2II2III2IV2（右上）；線(xiàn)粒體膜間隙一側，細胞色素c參與電子傳遞時(shí)在復合物III和IV之間的運動(dòng)路徑（右下）。Megacomplex，超超級復合物；M線(xiàn)粒體基質(zhì)；IM，線(xiàn)粒體內膜；IM，線(xiàn)粒體膜間隙；CI，復合物I；CII，復合物II；CIII，復合物III；CIV，復合物IV；Cyt.c，細胞色素c。
在國家自然科學(xué)基金項目（項目編號：31625008）等資助下，清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院楊茂君教授研究組在人源線(xiàn)粒體呼吸鏈超超級復合物領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，相關(guān)研究成果以“Architecture o Human Mitochondrial Respiratory Megacomplex I2III2IV2”（人源線(xiàn)粒體呼吸鏈超超級復合物I2III2IV2的結構）為題，于2017年8月24日在Cell雜志在線(xiàn)發(fā)表。
呼吸作用是生物體內最基礎的能量代謝活動(dòng)之一，是由位于線(xiàn)粒體內膜上的四種呼吸鏈蛋白復合物分步完成的，這四種蛋白復合物分別為復合物I（NADH脫氫酶）、復合物II（琥珀酸脫氫酶）、復合物III（細胞色素c還原酶）和復合物IV（細胞色素c氧化酶）。對線(xiàn)粒體呼吸鏈的研究一直都是國際生命科學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。人類(lèi)線(xiàn)粒體呼吸鏈系統異常會(huì )導致如阿茲海默綜合癥、帕金森綜合癥、多發(fā)性硬化、少年脊髓型共濟失調以及肌萎縮性脊髓側索硬化癥等多種疾病。由于人源線(xiàn)粒體呼吸鏈蛋白復合物的純化條件極為苛刻、難度系數大，所以針對這些蛋白的藥物篩選一直都很難開(kāi)展。
楊茂君教授研究組首次獲得了人源細胞的呼吸鏈蛋白復合物樣品，并且運用冷凍電鏡三維重構的方法，突破性地解析了目前所知的人源呼吸鏈蛋白最高級的組織形式—超超級復合物（MCI2III2IV2）中高分辨率三維結構，以及超級復合物（SCI1III2IV1）的原子分辨率結構，證明了線(xiàn)粒體呼吸鏈復合物存在更高級的組成形式，為此前一直處于各種猜想階段的最高級線(xiàn)粒體呼吸鏈復合物組織形式的存在提供了直接的證據。
楊茂君教授課題組通過(guò)對結構的分析還發(fā)現，在線(xiàn)粒體呼吸鏈超超級和超級復合物中，兩個(gè)復合物III的單體都是有活性的。此外，通過(guò)計算機模擬的方法，研究組還首次將復合物II的結構嵌入進(jìn)呼吸鏈超級復合物的模型之中，將全部四個(gè)呼吸鏈復合物在結構水平統一到了一起，巧妙的預測了呼吸鏈復合物全新的完整聚合形式，為以后的研究提供了新的思路。
楊茂君教授研究組建立的一系列蛋白純化方法和技術(shù)為今后的藥物研發(fā)打下了良好的基礎，其結構的解析不僅闡明了這些蛋白的作用方式及反應機理，也為人類(lèi)攻克線(xiàn)粒體呼吸鏈系統異常所導致的疾病提供了一個(gè)良好的開(kāi)端。
（本文轉載國自然基金委員會(huì )）
