抗原肽為細胞分裂助力

研究發現，抗原肽細胞的分裂與線粒體蛋白（mitochondrial protein）的轉運相關。

生存就意味著需要生長（grow）、反應（respond）、復制（reproduce）和適應（adapt）。所有這些過程都需要能量，而大多數真核生物的能量供應都需要依靠線粒體的氧化磷酸化作用（oxidative  phosphorylation）。除此之外，線粒體也參與了很多非常重要的細胞生理過程，比如凋亡（apoptosis）和鈣離子信號通路等。因此，抗原肽線粒體的功能與細胞密切相關，但我們對相關的作用機制才剛剛開始有所了解。Harbauer等人向我們介紹了他們的研究成果。他們發現，抗原肽細胞分裂周期與線粒體蛋白轉運密切相關，而且就是線粒體蛋白轉運為細胞周期提供了動力。

為了維持線粒體的功能，也為了確保細胞能夠生存，新合成的線粒體蛋白都需要從合成處——胞質轉移到線粒體里。各種細胞生理途徑用它們各自的蛋白質為線粒體的各個組份提供了充足的“物資”。那么這些轉運過程是如何與成分復雜的細胞整合到一起的？它們又是如何適應細胞的需要的？關于這些問題，我們也是直到最近才剛剛開始了解的。一個讓我們意想不到的發現就是，線粒體蛋白轉位（mitochondrial  protein translocation）過程是受到胞質酶（cytosolic enzymes）和線粒體酶（mitochondrial  enzymes），主要是蛋白激酶調節的。這些激酶的主要作用底物就是外膜轉運酶（translocase of the outer  membrane, TOM）。這種蛋白起到了大門的作用，幾乎所有的線粒體蛋白前體蛋白都需要通過這道大門進入線粒體。

Tom6蛋白是TOM復合體的組成部分，該蛋白（轉錄水平上）的表達受到了細胞周期的調控。因此，Harbauer等人對出芽酵母（budding   yeast）細胞周期里Tom6蛋白的命運進行了研究。他們發現，在G2期向M期轉化的過程中，Tom6蛋白的表達量急劇增加。進而發現了細胞周期素依賴性蛋白激酶1（cyclin-dependent  kinase 1, Cdk1），以及cyclin  Clb3對胞質Tom6蛋白第16位絲氨酸的磷酸化作用。這種磷酸化修飾作用增加了Tom6蛋白進入線粒體外膜的速度。

Tom6蛋白是一種非常典型的尾部錨定蛋白（tail-anchored  protein）。線粒體轉入蛋白1（mitochondrial import protein 1,  Mim1）能夠促進Tom6蛋白插入線粒體外膜。然后Tom6蛋白會組裝進入TOM復合體，該過程主要受分選（sorting）和組裝機制（assembly  machinery）調控。Mim1蛋白自身則受到依賴酪蛋白激酶2的磷酸化作用（casein kinase 2–dependent  phosphorylation）的調控，從而起到促進Tom20和Tom70蛋白等TOM復合體組份進入線粒體的作用。Mim1蛋白的這種功能交替現象就將線粒體的輸入功能與細胞的代謝功能有效地聯系到了一起。

隨著整合到線粒體膜中的、穩態的Tom6蛋白的數量越來越多，這些經磷酸化修飾的Tom6蛋白會促進TOM復合體的生物合成。不過隨著TOM復合體的數量的不斷增加，卻并沒有導致本質上的前體轉運活動（precursor  translocation）出現明顯增加，只不過往線粒體里轉入很少的一些底物，包括線粒體基因組維持蛋白1（mitochondrial  genome maintenance 1,Mgm1），同時Fzo1蛋白（fuzzy onions  1）被激活。這種對轉運底物的選擇性是從何而來的呢？Tom6蛋白被磷酸化作用修飾的胞質結構域能夠識別Mgm1的靶向信號，從而促使其轉運進入線粒體。對于外層膜蛋白Fzo1則采用的是另外一套策略，Fzo1蛋白的跨膜片段和膜內片段都能夠被Tom6蛋白識別。正如在之前觀察到的那樣，隨著線粒體里這些Tom6蛋白的數量不斷增多，就會刺激線粒體的呼吸鏈，進而輸出大量的能量。Harbauer等人認為，線粒體的這種能量產出就為細胞分裂提供了大量的能量供應，尤其是為耗能極大的胞質分裂（cytokinesis）過程提供了充足的能量保證。不過有意思的是，Mgm1蛋白和  Fzo1蛋白分別都是線粒體內膜和外膜融合裝置（fusion  machinery）的組份。可能就是這些蛋白確保了線粒體融合及分裂過程的平衡，這對于哺乳動物細胞分裂過程中的線粒體分配作用至關重要。