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CNS高产学者Cell:线粒体代谢物测量新法

2016/09/07 来源:生物通/王英
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导读
最近,Whitehead研究所的科学家们开发出一种方法,可快速分离和系统地测量线粒体内的代谢物浓度。之前尝试这种测量,得到的结果不可靠,要么分离线粒体的时间太长,要么来自其他细胞成分的内容物污染了线粒体代谢物。相关研究结果发表在8月25日的《Cell》杂志。


最近,Whitehead研究所的科学家们开发出一种方法,可快速分离和系统地测量线粒体(被称为细胞的“动力室”)内的代谢物浓度。之前尝试这种测量,得到的结果不可靠,要么分离线粒体的时间太长,要么来自其他细胞成分的内容物污染了线粒体代谢物。相关研究结果发表在8月25日的《Cell》杂志。

领导这一研究的是Whitehead研究所成员、霍华德休斯医学研究所研究员、麻省理工学院(MIT)教授David Sabatini。这位科学家每年发表论文的数量大约为20篇,其中Nature、Science、Cell文章约为2篇左右。2015年Sabatini在CNS上发表的论文几乎达到“刷屏”的程度,总数居然有10篇之多。2016年已发表了2篇Science文章,1篇Nature文章,一篇Nature Genetics文章。

David Sabatini称:“这种新方法的优点在于,它将速度和特异性结合起来。我们对在体内和其他细胞器(如溶酶体)中应用这一流程而感到很兴奋。”

通过精确控制的化学反应,线粒体以ATP的形式产生能量,并在细胞内稳态中发挥着重要的作用。线粒体功能障碍存在于一些疾病中,包括帕金森氏病、心血管疾病和线粒体疾病。到现在为止,探究这些重要细胞器的内部代谢运作,一直是具有挑战性的和不准确的。


分析线粒体代谢产物的常规方法,涉及使用几轮的离心来纯化线粒体,这个过程需要进行一个多小时来完成。据David Sabatini实验室的研究生Walter Chen介绍,在研究代谢产物时,时间是一个重要的问题。

Chen说:“即使你使样品保持在4摄氏度或0摄氏度,以减缓任何反应,你得到的线粒体代谢曲线仍然逐渐失真,因为酶仍然在起作用,所以转运蛋白也在起作用。随着时间的推移,线粒体在细胞外变得越来越不快乐了。”

另一种常用来分析线粒体代谢产物的方法,依赖于简化的离心分离,来分离线粒体。虽然更快,但是这个流程也带来了非线粒体物质和其他细胞器,因此由于来自其他线粒体的代谢产物,使得真正的线粒体信号失真。

为了减少分离线粒体需要的时间,同时增加代谢物分析的精度,Chen采取了一种完全不同的方法——快速纯化。他将线粒体的外部涂上表位标签,并添加了覆盖有标签特异性抗体的的微珠。通过锁定这些标签,抗体将线粒体连接到微珠上,从而使Chen能够容易地分离线粒体,打破线粒体,并在10分钟内停止所有的酶活性。根据他的分析,这种更快的方法所产生的结果,能够更好地反映一个活细胞内实际的线粒体代谢水平。

Chen指出:“根据目前为止我们的数据显示,用这种方法分析线粒体,绝对会带给你更大的分辨率,超过传统方法分析整个细胞所获得的分辨率。我认为这将是相当强大的,这正是我最兴奋的地方。我已经看到,这可能给人们指出了新的和有趣的方向。”

Chen说,该方法是非常灵活的,可以适用于分析其他细胞器的代谢产物,并能够把受线粒体功能障碍影响的细胞(如受帕金森氏病损坏的神经元)内的线粒体,与似乎不受疾病影响的正常细胞或其他类型的细胞进行比较。

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