蛋白质调节脑细胞中线粒体的运动
科学家们在大脑中发现了一种蛋白质，它在线粒体功能中起着关键作用。线粒体是细胞中提供能量、支持细胞活动、并可能抵御疾病威胁的部分。这一发现被报道在细胞生物学杂志的研究可能会为大脑如何从中风中恢复提供新的线索。
“了解帮助分配的分子机制线粒体直到最近，人们才开始了解细胞不同部位之间的联系，”罗切斯特大学医学中心神经学家、医学博士、该研究的主要作者大卫·伦佩说。“我们知道，在某些疾病状态下，线粒体功能被改变，因此了解它们的活动是如何被调节的，对理解大脑如何对病理状态做出反应很重要。”
线粒体是细胞的发电厂，它产生细胞中大部分三磷酸腺苷(ATP)的供应，ATP被用作化学能的来源。虽然线粒体存在于人体所有的细胞中，但有些细胞——由于它们的大小和用途——需要将线粒体运输到细胞内遥远的位置，以维持正常的功能。一个突出的例子是神经元，它具有复杂的细胞结构，包括主细胞体、树突和轴突，它们从细胞核心向外投射，通过末端的突触将信号传递给相邻的细胞。
”神经元在解剖学上处于劣势，”Rempe说。“它们伸出巨大的轴突和树突臂，它们必须不断向这些臂上提供营养和一切。补给线很长。”
供给线包括线粒体，细胞还必须将线粒体推下轴突和树突，为细胞的这些部分提供能量，帮助信号传输，并通常保持细胞健康。线粒体在神经元中不断循环。有些是静止的，而另一些则沿着细胞的手臂移动，以保持它们正确的位置。此外，由于尚未完全了解的原因，在任何给定的时间内，神经元中大约有一半的移动线粒体处于返回细胞体的过程中——可能以某种形式被回收或补充。
Rempe和他的同事们发现了一种蛋白质，它在调节神经元细胞中线粒体的运动或运输中起着至关重要的作用。这种蛋白质被他们称为缺氧上调线粒体运动调节剂(HUMMR)，是在低氧状态下产生的，被称为缺氧。HUMMR是由另一种称为低氧诱导因子1 α (HIF-1)的蛋白质诱导的，HIF-1负责触发细胞内的几个过程，帮助细胞在低氧环境中工作。
HUMMR的主要作用是调节线粒体在细胞内的适当运输和分布，本质上确保它们处于正确的位置。罗切斯特大学的研究小组能够确定这一点的方法之一是，当HUMMR的表达水平低于正常水平时，他们观察到更多的线粒体开始沿着细胞的树突和轴突放弃它们的位置，回到细胞本身。
了解调节线粒体运动的机制可能有助于科学家确定大脑细胞是如何抵御和修复潜在损伤的。一个例子是线粒体作为钙缓冲剂的作用。线粒体的功能之一是帮助控制细胞内钙的浓度，这样细胞器就能迅速吸收和储存钙。这种能力非常重要，特别是在中风期间细胞中的钙水平飙升的情况下，这种情况会导致一系列的级联事件，最终导致被称为兴奋性毒性和细胞死亡的状态。
识别HUMMR功能的关键之一是认识到身体在相对较低的氧气水平下工作。虽然我们呼吸的空气由大约20%的氧气组成，但大脑细胞的氧气含量在2-5%之间。这会在大脑中形成一种“正常”的缺氧状态。
然而，在中风等情况下，当流向大脑某一部分的血液被切断时，大脑中的氧气浓度会进一步下降。氧的减少促进了HUMMR的表达，进而调动了线粒体。更多处于正确位置的线粒体可能意味着细胞有更大的能力过滤有毒的钙。Rempe和他的同事们正在研究HUMMR在中风模型中的作用，特别是这种活动是否有助于保护位于中风受损的大脑核心区域外的脆弱细胞。
“最终，这些进步在我们对分子和细胞生物学的理解线粒体有可能导致预防和治疗神经疾病的新方法，”Rempe说。
