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Nature：重磅！新生的過氧化物酶體是一種雜合細胞器
日期：2024-12-28 06:35
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摘要：就像人體本身一樣，細胞具有執行特定任務的結構。這些細胞結構被稱作細胞器，多了解細胞器是揭示某些細胞為何發生差錯而導致帕金森病等**的關鍵。 在一項新的研究中，來自加拿大麥吉爾大學的Ayumu Sugiura、Sevan Mattie、Julien Prudent和Heidi M. McBride研究了被稱作過氧化物酶體（peroxisome）的細胞器的起源。他們發現這種非常重要的細胞器有兩個起源，這在細胞生物學領域上是非常獨特的。相關研究結果發表在2017年2月9日的Nature期刊上，論文標題為“Newly born peroxisomes are a hybrid of mitochondrial and ER-derived pre-pe...
就像人體本身一樣，細胞具有執行特定任務的結構。這些細胞結構被稱作細胞器，多了解細胞器是揭示某些細胞為何發生差錯而導致帕金森病等**的關鍵。 在一項新的研究中，來自加拿大麥吉爾大學的Ayumu Sugiura、Sevan Mattie、Julien Prudent和Heidi M. McBride研究了被稱作過氧化物酶體（peroxisome）的細胞器的起源。他們發現這種非常重要的細胞器有兩個起源，這在細胞生物學領域上是非常獨特的。相關研究結果發表在2017年2月9日的Nature期刊上，論文標題為“Newly born peroxisomes are a hybrid of mitochondrial and ER-derived pre-peroxisomes”。McBride為這篇論文的通信作者。
過氧化物酶體是小的膜包圍的細胞器。它們將細胞中具有很高毒性的過氧化物降解為水。這項研究探究了過氧化物酶體是如何在哺乳動物細胞中產生的。McBride及其團隊獲得了一項令人吃驚的發現：新的過氧化物酶體是作為一種雜合細胞器（hybrid organelle）形成的。這意味著它們來自兩個不同的來源，即內質網和線粒體這兩種細胞器。
這是**在細胞中發現這樣的一種雜合細胞器。已知線粒體和過氧化物酶體是隔絕的自給自足的細胞器，能夠依靠它們自己生長和分裂。從這個角度而言，這兩種細胞器總是非常獨特的。線粒體有它們自己的DNA，這種DNA是由作為它們早期起源的α-變形菌（alpha-proteobacteria）殘留下來的，而且線粒體仍然保持相當大的自主性。過氧化物酶體更加復雜，但是人們普遍接受的看法是除了它們的自主生長和分裂之外，它們有時是作為內質網的一部分而產生的。這項研究將使人們對這種看法進行完整的重新評估。
除了含有降解過氧化物的酶之外，過氧化物酶體也在降解復雜的脂肪酸中發揮著至關重要的作用。很多人類**是這個通路發生突變的結果，比如，在X-連鎖腎上腺腦白質營養**（X-linked adrenoleukodystrophy）中，因存在這些突變，這種細胞器積累著極長鏈脂肪酸和側鏈脂肪酸。但是，過氧化物酶體也在不同的組織中發揮著特異性的作用，比如，在肝臟中，它們容納著制造膽汁的酶，所產生的膽汁在轉運到腸道中后會降解食物。在大腦中，它們在制造一種特定的被稱作縮醛磷脂的保護性脂質中起著不可或缺的作用。在大腦中，神經元是由髓鞘包圍著的，而在髓鞘中，縮醛磷脂占將近70%。因此，它們是非常重要的細胞器，它們在**中的作用在很大程度上并未得到研究。
不清楚的是，過氧化物酶體功能障礙如何可能導致神經退行性**，特別是多發性硬化癥。在多發性硬化癥中，髓磷脂丟失，軸突暴露出來。如今，這些研究人員正在研究過氧化物酶體如何在多發性硬化癥模型中發揮功能，增加它們的數量是否可能有助重建髓鞘。這項研究為研究過氧化物酶體形成和生長提供一種新的框架，從而允許人們研究更加復雜的與**非常相關的系統。
在很多罕見的**中，過氧化物酶體不能夠形成，或者不能夠執行它們的功能。比如，患有腦肝腎綜合征（Zellweger syndrome）的病人完全缺乏過氧化物酶體，或者具有“空著的”不能發揮功能的過氧化物酶體。這些病人的病情非常嚴重，這是因為他們不能夠制造髓磷脂，也不能夠制造膽汁，而且積累著包括從過氧化物到脂肪酸在內的很多毒性代謝物。這些病人的壽命僅有幾個月到大約兩年。當前還沒有**這些病人的方法，因此了解人們如何可能觸發新的過氧化物酶體產生可能在開發新的**策略中發揮著重要的作用。
眾所周知，線粒體是“細胞的能量工廠”，利用人們呼吸的氧氣將葡萄糖和脂肪轉化為細胞能量。然而，線粒體的功能遠不止于此。與過氧化物酶體一樣，線粒體執行著很多生化任務。線粒體和過氧化物酶體執行著一些相同的任務，特別是降解脂肪酸，產生肝臟中的膽汁和大腦中的縮醛磷脂。這兩種細胞器也在降**性物質中發揮著重要作用。然而，在此之前，人們并不知道線粒體參與新的過氧化物酶體形成。
在這項新的研究中，這些研究人員發現在來自缺乏過氧化物酶體的腦肝腎綜合征病人的皮膚細胞中，一些過氧化物酶體蛋白插入到線粒體中，而其他的過氧化物酶體蛋白靶向內質網。這些蛋白隨后被包裝進從每個細胞器（指的是線粒體和內質網）中分泌出來的小膜囊泡內。當這些小膜囊泡融合在一起時，這些之前分隔在不同細胞器中的蛋白如今匯集在一起，并且組裝成一種更大的蛋白復合物。這種蛋白復合物像一扇門那樣發揮作用，允許許多過氧化物酶體蛋白和酶進入新產生的過氧化物酶體中。
他們也在正常的過氧化物酶體數量顯著下降的健康細胞中觀察到這種情形，這提示著某種檢測機制“知道”何時從頭制造過氧化物酶體，何時讓它們利用事先存在的過氧化物酶體進行生長和分裂。這種檢測機制如何在大腦或其他的器官中發揮作用是我們未來研究的一個主要問題。
這些研究人員希望這項研究可能為這種至關重要的尚未得到充分研究的細胞器提供新的認識。線粒體功能障礙越來越與很多**相關聯，如帕金森病、多發性硬化癥、阿爾茨海默病和很多其他**。考慮到線粒體和過氧化物酶體存在密切的關聯性，他們想知道線粒體功能障礙如何影響過氧化物酶體活性和產生，以及這如何可能導致**惡化。這也提出了很多新問題，這是因為如今必須更好地理解啟動新生的過氧化物酶體形成的機制和信號，以及它們在導致罕見的和常見的**中發揮的作用。他們認為這項研究將對過氧化物酶體生物學領域產生重大的影響，而且*終也將理解對人類**進展的影響。
過氧化物酶體是小的膜包圍的細胞器。它們將細胞中具有很高毒性的過氧化物降解為水。這項研究探究了過氧化物酶體是如何在哺乳動物細胞中產生的。McBride及其團隊獲得了一項令人吃驚的發現：新的過氧化物酶體是作為一種雜合細胞器（hybrid organelle）形成的。這意味著它們來自兩個不同的來源，即內質網和線粒體這兩種細胞器。
這是**在細胞中發現這樣的一種雜合細胞器。已知線粒體和過氧化物酶體是隔絕的自給自足的細胞器，能夠依靠它們自己生長和分裂。從這個角度而言，這兩種細胞器總是非常獨特的。線粒體有它們自己的DNA，這種DNA是由作為它們早期起源的α-變形菌（alpha-proteobacteria）殘留下來的，而且線粒體仍然保持相當大的自主性。過氧化物酶體更加復雜，但是人們普遍接受的看法是除了它們的自主生長和分裂之外，它們有時是作為內質網的一部分而產生的。這項研究將使人們對這種看法進行完整的重新評估。
除了含有降解過氧化物的酶之外，過氧化物酶體也在降解復雜的脂肪酸中發揮著至關重要的作用。很多人類**是這個通路發生突變的結果，比如，在X-連鎖腎上腺腦白質營養**（X-linked adrenoleukodystrophy）中，因存在這些突變，這種細胞器積累著極長鏈脂肪酸和側鏈脂肪酸。但是，過氧化物酶體也在不同的組織中發揮著特異性的作用，比如，在肝臟中，它們容納著制造膽汁的酶，所產生的膽汁在轉運到腸道中后會降解食物。在大腦中，它們在制造一種特定的被稱作縮醛磷脂的保護性脂質中起著不可或缺的作用。在大腦中，神經元是由髓鞘包圍著的，而在髓鞘中，縮醛磷脂占將近70%。因此，它們是非常重要的細胞器，它們在**中的作用在很大程度上并未得到研究。
不清楚的是，過氧化物酶體功能障礙如何可能導致神經退行性**，特別是多發性硬化癥。在多發性硬化癥中，髓磷脂丟失，軸突暴露出來。如今，這些研究人員正在研究過氧化物酶體如何在多發性硬化癥模型中發揮功能，增加它們的數量是否可能有助重建髓鞘。這項研究為研究過氧化物酶體形成和生長提供一種新的框架，從而允許人們研究更加復雜的與**非常相關的系統。
在很多罕見的**中，過氧化物酶體不能夠形成，或者不能夠執行它們的功能。比如，患有腦肝腎綜合征（Zellweger syndrome）的病人完全缺乏過氧化物酶體，或者具有“空著的”不能發揮功能的過氧化物酶體。這些病人的病情非常嚴重，這是因為他們不能夠制造髓磷脂，也不能夠制造膽汁，而且積累著包括從過氧化物到脂肪酸在內的很多毒性代謝物。這些病人的壽命僅有幾個月到大約兩年。當前還沒有**這些病人的方法，因此了解人們如何可能觸發新的過氧化物酶體產生可能在開發新的**策略中發揮著重要的作用。
眾所周知，線粒體是“細胞的能量工廠”，利用人們呼吸的氧氣將葡萄糖和脂肪轉化為細胞能量。然而，線粒體的功能遠不止于此。與過氧化物酶體一樣，線粒體執行著很多生化任務。線粒體和過氧化物酶體執行著一些相同的任務，特別是降解脂肪酸，產生肝臟中的膽汁和大腦中的縮醛磷脂。這兩種細胞器也在降**性物質中發揮著重要作用。然而，在此之前，人們并不知道線粒體參與新的過氧化物酶體形成。
在這項新的研究中，這些研究人員發現在來自缺乏過氧化物酶體的腦肝腎綜合征病人的皮膚細胞中，一些過氧化物酶體蛋白插入到線粒體中，而其他的過氧化物酶體蛋白靶向內質網。這些蛋白隨后被包裝進從每個細胞器（指的是線粒體和內質網）中分泌出來的小膜囊泡內。當這些小膜囊泡融合在一起時，這些之前分隔在不同細胞器中的蛋白如今匯集在一起，并且組裝成一種更大的蛋白復合物。這種蛋白復合物像一扇門那樣發揮作用，允許許多過氧化物酶體蛋白和酶進入新產生的過氧化物酶體中。
他們也在正常的過氧化物酶體數量顯著下降的健康細胞中觀察到這種情形，這提示著某種檢測機制“知道”何時從頭制造過氧化物酶體，何時讓它們利用事先存在的過氧化物酶體進行生長和分裂。這種檢測機制如何在大腦或其他的器官中發揮作用是我們未來研究的一個主要問題。
這些研究人員希望這項研究可能為這種至關重要的尚未得到充分研究的細胞器提供新的認識。線粒體功能障礙越來越與很多**相關聯，如帕金森病、多發性硬化癥、阿爾茨海默病和很多其他**。考慮到線粒體和過氧化物酶體存在密切的關聯性，他們想知道線粒體功能障礙如何影響過氧化物酶體活性和產生，以及這如何可能導致**惡化。這也提出了很多新問題，這是因為如今必須更好地理解啟動新生的過氧化物酶體形成的機制和信號，以及它們在導致罕見的和常見的**中發揮的作用。他們認為這項研究將對過氧化物酶體生物學領域產生重大的影響，而且*終也將理解對人類**進展的影響。
