科學家首次發現線粒體基因編碼第14個蛋白質

　　中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院研究員劉興國團隊與合作者，首次發現線粒體可使用細胞質標準密碼翻譯第14個功能蛋白，打破了傳統觀點認為的線粒體基因只翻譯13個蛋白的定律。相關研究近日發表于《細胞-代謝》。

　　“我們在研究中發現并證實，除13個線粒體基因編碼的蛋白質外，線粒體基因細胞色素b（CYTB）可編碼一個新的線粒體基因編碼胞質翻譯蛋白CYTB-187AA，并首次提供了基因編碼胞質翻譯蛋白存在的質譜證據。”作為論文通訊作者的劉興國對《中國科學報》說。

　　教科書上寫明哺乳動物的線粒體基因組包含37個基因，其中13個編碼信使核糖核酸翻譯為蛋白質、22個編碼轉運核糖核酸、2個編碼核糖體核糖核酸。

　　“線粒體基因組編碼的信使核糖核酸在內膜包裹的基質內，由線粒體核糖體翻譯，形成內膜上呼吸鏈的13個蛋白質，在能量產生中發揮核心作用。”劉興國表示，團隊針對CYTB，其信使核糖核酸從線粒體出來，使用胞質核糖體的標準遺傳密碼編碼全新蛋白質進行分析，并制定了這一187個氨基酸長的新蛋白質的抗體。

　　他們利用液相色譜串聯質譜鑒定了CYTB-187AA的外源特征肽，在多株人、鼠的細胞中鑒定了多條匹配的內源特征肽。隨后使用MoonTag系統可視化CYTB-187AA信使核糖核酸在胞質核糖體的翻譯，并在多株人、鼠的細胞中檢測到了CYTB-187AA。

　　為了驗證其線粒體基因組來源，劉興國團隊比較了線粒體基因組缺失細胞和野生型細胞，發現CYTB-187AA僅在后者中表達。

　　在干細胞的始發態-原始態的兩種多能性狀態中，CYTB-187AA是原始態所必需的，并調控兩種狀態的轉換過程。機制上，CYTB-187AA通過與線粒體磷酸轉運蛋白SLC25A3相互作用，通過能量通用貨幣“三磷酸腺苷”依賴的方式進行調控。劉興國團隊建立了CYTB-187AA敲降小鼠模型，發現CYTB-187AA的敲降會使卵泡數量減少，從而損害雌性生育能力。

　　劉興國團隊通過超高分辨顯微鏡，發現CYTB-187AA在胞質翻譯后定位到線粒體基質中，其中N端的37個氨基酸在靶向線粒體基質中起到了決定性作用。誘導多能干細胞（iPSC）與親本成纖維細胞或其分化的肝細胞相比，CYTB-187AA在iPSC中的表達量更高，這暗示CYTB-187AA與多能性存在重要關聯。

　　中國科學院院士、武漢大學副校長宋保亮認為，該發現進一步證實線粒體來源三磷酸腺苷的調控對卵母細胞和早期胚胎的成熟至關重要，并揭示了一種新的線粒體與細胞之間的特殊紐帶聯系。

　　相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.cmet.2024.04.012