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揭示棕色脂肪细胞中细胞器通讯基础的新机制

近年来,棕色脂肪作为可以预防肥胖症和相关健康风险(例如心血管疾病和糖尿病)的所谓好脂肪,受到越来越多的关注。棕色脂肪位于整个身体的小口袋中,有助于在寒冷的环境中维持体温。它的颜色来自大量含铁的线粒体,这与肥胖相关的标准白色脂肪不同。

UM医学院分子与整合生理学和内科学教授Ling Qi博士领导的一个小组正在研究线粒体,细胞的动力植物以及称为内质网(ER)的另一种细胞结构的方式,它参与蛋白质和脂质的生产,在棕色脂肪细胞内部相互作用。

特别是,他们研究了蛋白质复合物在称为ER相关蛋白质降解或ERAD的过程中的作用。简而言之,ERAD是去除和破坏错误折叠的蛋白质的过程,就像从ER中清除垃圾一样。

齐说:“当细胞受到内质网应激时,每个人都认为ERAD只是一般细胞反应的一部分。”“过去六年来我们已经证明它在健康和疾病中起着根本性的作用。”

在一项新的研究,发表的研究文章在科学,齐与第一作者Zhangsen周,博士,毛里西奥·托雷斯博士一起,和他们的同事们展示的ERAD蛋白复合物是如何影响线粒体的正常功能。

通常,ER和线粒体在称为线粒体相关膜的接触点上具有持续的相互作用。这些接触点标志着线粒体需要划分的区域,以产生新的线粒体并交换其他分子,例如脂质和钙。ER形成围绕线粒体的小管,使其准备分裂。

研究人员使用最先进的3D成像技术,发现棕色脂肪中的线粒体发生什么反应,而棕色脂肪中的线粒体暴露于寒冷时会丢失ERAD蛋白复合物Sel1L-Hrd1的一部分。

齐说:“当删除棕色脂肪细胞中的这种复合物时,线粒体就会伸长并增大。”3D图像使他们能够查看以前无法识别的线粒体与ER之间的相互作用,并且线粒体以ER形包裹在ER小管周围。

当将小鼠置于寒冷的环境中时,线粒体外膜的末端向后折叠,最终融合并完全包裹了ER小管。齐说,结果是线粒体异常大,畸形,功能失调。

齐说:“我们证明这些线粒体不能正常运行,并且小鼠变得对寒冷敏感,它们的体温下降非常快。”换句话说,没有这种ERAD蛋白复合物,褐色脂肪就不会被用来产生热量。在显微镜下,这种功能失调的棕色脂肪比完整蛋白复合体小鼠的棕色脂肪具有更大的脂滴。“这是非常出乎意料的。这里的结果从根本上改变了我们对ER-线粒体通讯的理解,并进一步证明了ER降解复合物在细胞生物学中的重要性。”

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