近日，中科院合肥研究院智慧所離子束研究中心黃青研究員課題組在凋亡細胞中線粒體發生過程的研究方面取得重要進展，研究發現在輻射引起的細胞凋亡的早期過程中線粒體生物發生有明顯增强，並且指出生物過程觀察對於研究生物效應的重要性。相關研究成果以“In-situ observation of mitochondrial biogenesis as the early event of apoptosis”為題發表在iScience上。
線粒體生物發生是細胞對可能引起能量需求新增的外部壓力的生理反應，對於維持細胞穩態方面具有重要意義。以往研究表明線粒體生物發生通常可以抑制細胞凋亡，但是對於凋亡細胞的早期是否有線粒體生物發生或變化情况並不清楚。這需要對細胞凋亡過程中線粒體的變化進行實时觀測。
為此，課題組研究人員構建了一個雙螢光報告系統（GFP靶向定位於線粒體cox8，mCherry靶向細胞核基因actin），它可用於實时原位觀測線粒體變化（圖1）。將該系統運用電離輻射引起細胞凋亡的過程觀測中，通過觀測雙螢光蛋白的螢光比值變化，由此判斷線粒體變化（圖2）。研究中，他們不僅檢測了細胞活力、凋亡、細胞週期、線粒體生物發生（圖3）、DNA損傷修復蛋白等，還對線粒體動態變化過程（線粒體穩態檢測名額、線粒體質量、線粒體形態、線粒體自噬等）進行了仔細分析（圖3-6）。
基於對細胞過程的觀測，他們發現在輻射凋亡細胞早期階段，線粒體生物發生有明顯增强，即在一定條件下早期階段細胞線粒體生物發生與後期發生的細胞凋亡具有正相關性，修正了以往籠統認為兩者之間負相關性的觀念。
囙此，這項工作不僅提供了一種研究線粒體生物發生過程的有效方法，同時還展示了如何在正確的時間點上正確評估生物效應，突出了對活細胞動態過程觀察的重要性。
該研究工作得到國家自然科學基金重點專案的資金支持。
文章連結：https://doi.org/10.1016/j.isci.2021.103038
圖1：雙螢光蛋白報告系統的構建
圖2：通過雙螢光報告系統原位觀察電離輻射生物效應
圖3：輻射後與線粒體生物發生有關的關鍵蛋白的分析
圖4：輻照對線粒體質量的影響分析
圖5:細胞輻照6小時和24小時後線粒體形態的分析
圖6：機制示意圖
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