线粒体里的酶：世界那么大，我想去看看
2022/12/22 7:30:00 中科院之声
线粒体，呈现线状或粒状，是细胞的能量工厂，它的代谢以及调节功能在细胞中的作用不可缺少。
中国科学院广州生物医药与健康研究院刘兴国课题组从事干细胞命运调控中的核与线粒体等细胞器重塑、人类线粒体疾病的病理与干细胞治疗研究，接下来科研人员将带来一些线粒体的知识，介绍一下这个细胞里的能量工厂。
好久不见，不知道大家有没有把小可爱线粒体给忘了呢？
如果不记得了，请点下方链接回顾，不然今天的线粒体小秘密就说不清楚了呢。
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《细胞里的变形金刚——线粒体》
我们曾经提到过线粒体被人所熟知的功能就是为细胞提供能量，产生生命活动所需的ATP，那么这个产能是通过怎样的过程呢？今天我们先浅谈这个过程中的一个大环节——三羧酸循环(TCA循环)。
三羧酸循环是好氧生物体内普遍存在的代谢途径。原核生物中分布于细胞质，真核生物中分布在线粒体。因为在这个循环中几个主要的中间代谢物是含有三个羧基的有机酸，所以叫做三羧酸循环。你可以想象在线粒体中有个一直转不停的圈(仓鼠跑轮？)，在这个圈里，有酶，有代谢物，他们一起组成了循环，是供能的重要环节。
(图片来自网络)
酶的作用简单来说就是吃掉一个底物，把它变一变，然后吐掉产物。
在这个循环中，酶就像玩传话游戏的小朋友，一个传给下一个，传的时候进行了小小的加工，传到最后又神奇地变成了原来的那句话。
那你可能就要问了，他们一直在里边转转转，不会耗完吗？总得有个入口吧？
确实是的，是乙酰辅酶A跳进了这个圈里，才启动了这个循环，而乙酰辅酶A是由丙酮酸转变而来，丙酮酸则主要来源于葡萄糖，归根结底就是你碗里的饭菜。
我们曾经提到过线粒体是细胞核的贴心小棉袄，是司令的通信兵，在特殊的时候会向细胞核发出信号等，包括乙酰辅酶A，α-酮戊二酸、NAD+，钙氧离子等等。
但是我们最近发现，除了各种信号，线粒体里的三羧酸循环酶，竟然也会集体出逃，都跑去细胞核里打工啦。
近日，Nature子刊 Nature Communications 在线发表了中科院广州生物医药与健康研究院刘兴国课题组持续性工作的最新研究成果 Nuclear Localization of Mitochondrial TCA Cycle Enzymes Modulates Pluripotency via Histone Acetylation (线粒体TCA循环酶入核通过组蛋白乙酰化调控多能性)。该研究发现，多种线粒体TCA循环酶在多能干细胞获得、状态转变以及转变为全能干细胞等过程中均存在从线粒体转运到细胞核的现象，并且核定位TCA循环酶调控上述过程。
我们从一堆酶中揪出一群丙酮酸脱氢酶 (Pdha1) ，让它老实交代它们究竟想干什么。Pdha1主要能将我们前面提到的丙酮酸催化成乙酰辅酶A，那么它在核内也发挥了这样的作用吗？
Pdha1：“我坦白了，我确实在核里干了份兼职。”
根据我们的深入调查，原来确实是这样的，Pdha1在核内产生更多的乙酰辅酶A，而乙酰辅酶A是组蛋白乙酰化修饰的底物，组蛋白经过乙酰化修饰后进一步打开多能性相关基因，促进多能性获得。
细胞核内的基因组平时都需要打包起来，就像毛线打包成毛线球，不然我们的核是装不下的。负责打包核基因组的是组蛋白。
打包基因组
组蛋白上有各种各样的修饰，有甲基化乙酰化等等修饰，它们不甘寂寞，纷纷登场，有的利于转录，有的抑制转录。核内更多的乙酰辅酶A，能使得组蛋白上乙酰化修饰增加，进而促进基因的表达。
图中绿色火柴棍为组蛋白修饰，红色火柴棍为DNA修饰，这些火柴棍都可以归类为表观遗传，有缘再细讲。
本发现揭示了线粒体TCA循环酶入核通过表观遗传调控多能性的重要作用，拓展了线粒体反向信号调控干细胞多能性的新模式。
在整个细胞版图中，TCA循环酶从线粒体中迁移到核里。
众TCA循环酶：“世界那么大，我想去看看嘛。”
最后，我们依然有许多问题没有解决，我们还是不知道这些代谢酶跑到核内的原因，是线粒体太抠没给工资(某种胁迫作用等)，还是细胞核给的太多了(某些吸引代谢酶的环境等)，或是线粒体和细胞核达成了某种协议(线粒体和核的交流)，亦或者是代谢酶自己追求梦想(酶上的特殊修饰等)，这些都等着我们去揭示。
线粒体：“怎么会跑路的家伙们又被人类发现了？下次小心点这群笨蛋。”
来源：中国科学院广州生物医药与健康研究院
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