利用LCMS／MS等方法發現線粒體基因組編碼蛋白質的新模式

圖 線粒體編碼基因CYTB的雙重翻譯模式

　　在國家自然科學基金項目（批準號：92254301、92357302、32025010）等資助下，中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院劉興國研究員團隊在線粒體基因組編碼研究方面取得進展，研究成果以“線粒體基因CYTB編碼的新蛋白質CYTB-187AA調控哺乳動物早期發育（A novel protein CYTB-187AA encoded by the mitochondrial gene CYTB modulates mammalian early development）”為題，于2024年5月3日在線發表于《細胞·代謝》(Cell Metabolism)。論文鏈接：https://www.cell.com/cell-metabolism/abstract/S1550-4131(24)00132-3。

　　動物細胞內，存在兩套由細胞核與線粒體基因組分別進行編碼的“DNA-RNA-蛋白質”中心法則系統。其中，細胞核編碼的信使RNA由細胞質核糖體翻譯，而線粒體編碼的信使RNA由線粒體核糖體翻譯，兩者的密碼子不同。一般認為，哺乳動物的線粒體基因組包含37個基因，其中13個基因編碼的信使核糖核酸在線粒體內膜包裹的基質內，由線粒體核糖體翻譯，形成線粒體內膜上呼吸鏈的13個蛋白質，在能量產生中發揮了核心作用。線粒體基因組能否利用胞質核糖體翻譯出新的蛋白質，是未解決的生命科學領域基本科學問題之一。

　　劉興國研究員課題組利用液相色譜串聯質譜（LC-MS/MS）、MoonTag系統等方法，發現除13個線粒體基因編碼的蛋白質外，線粒體細胞色素B基因（CYTB）可以產生由胞質核糖體進行翻譯的新蛋白質CYTB-187AA。并通過超高分辨顯微鏡清晰地標記到CYTB-187AA定位于線粒體內膜包裹的基質中，提示這一蛋白質在胞質翻譯后又回到了線粒體內（圖）。為進一步檢測該蛋白質功能，課題組通過創建CYTB-187AA敲降小鼠模型，發現CYTB-187AA表達降低可導致卵泡數量減少，造成雌性小鼠生育能力受損。

　　該項研究發現并鑒定了線粒體信使RNA編碼的第14種蛋白質的存在及其對早期發育功能的調控，擴充了“線粒體基因組僅編碼13種蛋白質”的已有理論，揭示了線粒體和細胞核的編碼翻譯系統的交互使用機制，為探索線粒體基礎生物學功能提供了新視角。