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發(fā)布時間：2024-12-23 作者：江蘇瑞明生物科技有限公司 點擊次數(shù)：341次
1.線粒體基礎(chǔ)功能與特性
線粒體，一種存在于大多數(shù)真核細胞中的由兩層膜包被的細胞器，直徑約0.5~1.0μm，是細胞中制造能量的結(jié)構(gòu)，有氧呼吸的主要場所，是生命科學(xué)領(lǐng)域的熱點研究對象。除為細胞供能外，線粒體還參與諸如細胞分化、細胞信息傳遞和細胞凋亡等過程，并擁有調(diào)控細胞生長和細胞周期的能力。
線粒體的功能狀態(tài)與線粒體膜電位、線粒體膜通道、線粒體Ca2+濃度、ATP生成、呼吸鏈復(fù)合體活性、活性氧生成以及DNA突變密切相關(guān)。線粒體與其他細胞器的相互作用可以調(diào)節(jié)細胞的命運和功能（線粒體-內(nèi)質(zhì)網(wǎng)接觸調(diào)節(jié)鈣信號、氧化還原信號、線粒體動力學(xué)和質(zhì)量控制、脂代謝和未折疊蛋白反應(yīng)；線粒體-溶酶體的接觸調(diào)節(jié)線粒體和溶酶體的動力學(xué)和鈣信號）。
線粒體功能障礙主要表現(xiàn)在線粒體形態(tài)結(jié)構(gòu)的改變、ATP合成減少、活性氧物種的過度產(chǎn)生、動力學(xué)失衡和mtDNA損傷。其功能失調(diào)與人體各個系統(tǒng)的疾病如神經(jīng)系統(tǒng)疾病、心血管系統(tǒng)疾病、肝臟疾病、腎臟疾病、糖尿病以及DNA損傷反應(yīng)相關(guān)癌癥的發(fā)生與發(fā)展有著緊密的聯(lián)系。
2.線粒體研究思路
[1]線粒體動力學(xué)：研究線粒體的運動、融合和分裂等動態(tài)過程對細胞功能和健康的影響。
[2]線粒體遺傳學(xué)：研究線粒體DNA（mtDNA）的遺傳變異、復(fù)制和修復(fù)機制，以及mtDNA突變與疾病的關(guān)系。
[3]線粒體與疾病直接的關(guān)系
?代謝性疾?。貉芯烤€粒體在能量代謝中的作用，包括氧化磷酸化、糖酵解等過程及代謝性疾病的發(fā)病機制。
?炎癥反應(yīng)：研究線粒體成分和代謝產(chǎn)物如何作為損傷相關(guān)分子模式（DAMPs）誘發(fā)炎癥反應(yīng)，以及線粒體在免疫細胞中的功能。
?細胞衰老：研究線粒體在細胞衰老過程中的作用，包括線粒體功能下降、氧化應(yīng)激增加及線粒體相關(guān)的抗老化策略等。
?神經(jīng)性疾?。貉芯烤€粒體質(zhì)量控制機制，如線粒體自噬和融合及其與神經(jīng)退行性疾病的關(guān)聯(lián)。
[4]線粒體與藥物代謝：研究線粒體在藥物代謝和毒性中的作用，包括藥物對線粒體功能的影響以及線粒體在藥物靶標識別中的作用。
線粒體在細胞間信號傳導(dǎo)中的作用：研究線粒體通過線粒體衍生囊泡（MDVs）等機制在細胞間進行通訊的分子機制。
3.先鋒利器上大分
4.應(yīng)用案例再讀
案例1.來自四川大學(xué)華西二院生殖遺傳實驗室許文明教授團隊與鄧東教授，四川省婦幼保健院劉偉信教授合作在Cellular and Molecular Life Sciences雜志上發(fā)表了題為 “Metabolic profiling identifies Qrich2 as a novel glutamine sensor that regulates microtubule glutamylation and mitochondrial function in mouse sperm”的文章，深入探討了QRICH2蛋白在精子發(fā)育過程中的作用，尤其是在谷氨酰胺代謝、微管穩(wěn)定性與線粒體功能中的調(diào)控作用。
在本次研究中，作者基于瑞明生物的實時單細胞多功能分析儀，發(fā)現(xiàn)敲低QRICH2的細胞中線粒體功能下降，與QRICH2氨基末端純化蛋白或谷氨酰胺共培養(yǎng)后細胞的熒光有提高，說明部分細胞的線粒體功能得到挽救。單細胞代謝分析能夠提供細胞代謝活動更高分辨率的數(shù)據(jù)，這對于理解細胞內(nèi)部代謝過程及其調(diào)控機制具有重要意義。此外，這種分析方法還可以幫助識別不同細胞之間的代謝差異。
案例2.來自陸軍軍醫(yī)大學(xué)的史春夢教授團隊，在研究中發(fā)現(xiàn)了一種潛在的缺血選擇性藥物，可用于成像和保護心肌缺血再灌注損傷。相關(guān)工作發(fā)表在知名國際期刊Advanced Science上，標題為“Pharmaceutical Manipulation of Mitochondrial F0F1-ATP Synthase Enables Imaging and Protection of Myocardial Ischemia/Reperfusion Injury Through Stress-induced Selective Enrichment”。這種線粒體靶向小分子化合物IR-780，在心肌缺血再灌注損傷條件下，能在幾分鐘內(nèi)快速識別缺血損傷的心肌危險區(qū)域。再灌注前預(yù)處理或及時給予IR-780均能有效減輕缺血和氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的細胞死亡和心力衰竭進而保護心臟功能。通過深入研究IR-780的保護作用機制，發(fā)現(xiàn)IR-780可與線粒體OXPHOS電子傳遞鏈的復(fù)合物V（又稱F0F1-ATP合酶）結(jié)合，快速降低線粒體膜電位，減緩線粒體的能量代謝，進而誘導(dǎo)線粒體進入“靜息狀態(tài)”。此外，IR-780還可以通過抑制線粒體鈣超載，來部分抑制mPTP的開放。
本次研究中，作者基于瑞明生物的實時單細胞多功能分析儀，在單細胞水平上實時監(jiān)測有無IR-780預(yù)處理的H9C2細胞給藥后的線粒體Ca2+濃度動態(tài)變化，實現(xiàn)了單細胞水平上藥物藥效的直觀且直接的驗證。結(jié)果顯示，IR-780預(yù)處理的H9C2細胞顯著降低了線粒體zui大Ca2+濃度，并延遲了離子霉素處理后達到峰值的時間。
案例3.來自南京大學(xué)的潘榮容和李劼設(shè)計了一種新的基于納米電極的移液管結(jié)構(gòu)，其尖端為二苯并環(huán)辛烯（DBCO）修飾，可與靶向線粒體膜的含疊氮基三苯基膦（TPP-N3）的快速偶聯(lián)。此外，在納米移液器內(nèi)部的暴露的Pt表面上實現(xiàn)線粒體釋放的活性氧（ROS）的監(jiān)測，而不受胞質(zhì)溶膠中存在的其他物質(zhì)的干擾。相關(guān)工作在國際著名期刊Angewandte Chemie International Edition上以“Click-Chemistry-Enabled Nanopipettes for the Capture and Dynamic Analysis of a Single Mitochondrion inside One Living Cell”為題發(fā)表。作者使用納米移液管對RSL3誘導(dǎo)的脫鐵性貧血進行進一步研究，為支持谷胱甘肽過氧化物酶4在RSL3誘導(dǎo)ROS生成過程中不參與線粒體提供了直接證據(jù)，這在單個線粒體水平上以前從未觀察到。該策略將克服在復(fù)雜的細胞內(nèi)環(huán)境中動態(tài)測量一種特殊細胞器的現(xiàn)有挑戰(zhàn)，為亞細胞分析中的電分析開辟新的方向。
5.本期應(yīng)用小結(jié)
線粒體作為細胞內(nèi)的重要細胞器，具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和多種功能，在能量代謝，物質(zhì)轉(zhuǎn)換，信號傳導(dǎo)，細胞凋亡等生命過程中發(fā)揮著重要的作用，當之不愧的成為國自然的寵兒，科研的熱點。瑞明生物的單細胞多功能分析儀憑借其研究可維度深入至亞細胞水平的優(yōu)勢，可全力匹配線粒體研究，夯實研究邏輯。
6.拓展閱讀
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