鑽石舞台

具有動態網絡結構的線粒體參與行使諸多的重要細胞功能，包括多種代謝過程，細胞分裂和分化，以及免疫信號傳導等。為行使這些多樣化的細胞功能，線粒體必然需要通過線粒體外膜（OMM）保持與細胞質（包括其他細胞器）溝通。因此，維持OMM結構和功能完備對線粒體及細胞穩態具有重要意義。儘管已有諸多使用小分子化合物人工誘導線粒體壓力反應的研究，但是宿主細胞在自然條件下線粒體OMM壓力的應對機制尚不清晰。諸多胞內病原體具有OMM物理接觸位點或釋放OMM靶向蛋白，因而病原體感染模型或將助於研究宿主細胞如何應對自然條件下線粒體OMM壓力。

近日，來自德國馬克斯普朗克衰老生物學研究所的Lena F. Pernas團隊在Science雜誌上合作發表了一篇題為 Mitochondria shed their outer membrane in response to infection-induced stress的文章（第一作者Xianhe Li博士），他們使用具有病原體-宿主線粒體接觸位點的剛地弓形蟲（Toxoplasma gondii）感染模型，展示了線粒體外膜在病原體感染過程中的膜重塑過程。宿主線粒體OMM和弓形蟲囊泡膜PVM形成緊密接觸位點，他們首次發現弓形蟲囊泡膜緊密接觸的宿主線粒體衍生結構SPOT (Structures positive for OMM)。弓形蟲分泌蛋白TgMAF1與宿主線粒體外膜轉位酶TOM70結合介導PVM-OMM緊密接觸，TOM70參與TgMAF1與宿主OMM分選組裝複合物亞基SAM50的相互作用，SAM50的失能或OMM靶標蛋白的高表達均會促進非/感染性OMM重塑及SPOT發生。

在此研究中，人類寄生蟲剛地弓形蟲（Toxoplasma gondii ）因其特有的PVM-OMM緊密接觸而作為研究模型，並使用弓形蟲感染穩定表達OMM-GFP標記的哺乳動物細胞進行活細胞成像。研究人員觀察到在感染後6-24小時內，與弓形蟲囊泡膜具有接觸位點的宿主線粒體OMM釋放形成SPOTs。SPOTs具有動態複雜結構，平均尺寸不斷增大至約2.6微米，且不具有線粒體線粒體膜間隙 (IMS)、線粒體內膜（IMM）和線粒體基質（Matrix）標記物（圖1左）。因此，SPOTs不同於分裂的線粒體，線粒體衍生區室(MDCs)及線粒體衍生囊泡 (MDVs)，是一種新發現線粒體外膜衍生結構。

為了探究SPOT形成機制，作者推測PVM-OMM緊密接觸是其形成的必要條件。為驗證這一假設，他們使用TgMAF1敲除弓形蟲蟲株進行感染觀測實驗，發現敲除蟲株感染的宿主細胞中並未出現SPOTs。TgMAF1導致宿主線粒體蛋白質含量顯著降低，尤其OMM蛋白質，如MFN1和MFN2。這些OMM蛋白質有利於宿主對抗弓形蟲的營養物質競爭，隨後轉位並富集至SPOTs（圖1 右）。TgMAF1通過與宿主線粒體外膜TOM70的結合介導SPOTs形成，而TOM70的存在有利於弓形蟲成長和繁殖。TgMAF1-TOM70相互作用是TgMAF1-SAM50互作的必要條件，而SAM50是維持線粒體跨膜空間橋複合物MIB關鍵蛋白。因而，在TgMAF1的影響下，MIB複合物解體失能，導致線粒體外膜重塑形成SPOTs（圖2）。

在此理論模型中，TgMAF1作為宿主線粒體蛋白「前體」，通過宿主受體TOM70來干擾SAM50功能並致MIB解體，為弓形蟲劫持宿主線粒體。宿主線粒體為緩解此OMM輸入複合物失能帶來的壓力，通過OMM重塑並釋放SPOTs。結果，具有限制弓形蟲生長繁殖的宿主線粒體蛋白含量降低，及部分被劫持輸入複合物（如TOM70，SAM50）轉移至SPOTs。同時，作者探討了在非感染模型中，OMM輸入複合物及轉位酶缺失所介導的SPOTs樣結構的發生。該研究提出了在非/感染條件下，宿主線粒體的應對輸入壓力的線粒體外模防禦機制。

原文鏈接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abi4343