蒋辉实验室揭示线粒体外膜蛋白质降解的关键分子Doa1.

 线粒体外膜是线粒体内部与细胞质之间的屏障，也是线粒体与外界交流的平台，执行着诸多重要功能，如线粒体蛋白质输入，动态平衡（融合与分裂），以及与其它细胞器接触等。线粒体外膜蛋白质的稳态维持（proteostasis）机制，尤其是外膜蛋白质的降解途径，所知甚少。细胞器膜蛋白的降解一般需要通过Cdc48/VCP复合物将泛素化的蛋白质从脂环境中释放出来。之前一些研究提示线粒体外膜有依赖于ubiquitin,Cdc48/VCP和proteasome的蛋白质降解途径，称为MAD （mitochondria-associated degradation）。近年的研究表明，Cdc48/VCP突变在酵母，果蝇，小鼠和人中都导致严重的线粒体损伤和功能紊乱(并在人中导致脊髓侧索硬化(ALS)等神经和肌肉的退行性病变)，提示了MAD通路的保守性和重要性。但是，MAD通路的底物是什么，它与其它Cdc48/VCP介导的膜蛋白降解通路(如著名的ERAD通路)是相类似还是有显著区别，以及MAD对线粒体是否重要等关键问题都不清楚。

 在本研究中，蒋辉实验室在酵母(Saccharomyces cerevisiae)中系统分析了线粒体外膜蛋白的降解方式，发现了4个Cdc48底物，并利用其中一个底物建立了遗传筛选MAD突变体的方法。作者通过遗传筛选克隆了一系列调节MAD的基因，并着重分析了其中一个因子Doa1.作者发现Doa1 敲除会导致Cdc48底物在线粒体上的堆积和错误定位，并异常增强线粒体的相互融合以及线粒体与内质网的联接。生化机理上，Doa1的C端结合Cdc48，Doa1的N端的两个泛素结合域与泛素化的线粒体蛋白结合，将底物招募至Cdc48复合物，使之进入降解程序。值得注意的是，Doa1对底物的选择具有高度特异性，它只对MAD底物的降解重要，而不参与其它地方(包括内质网，细胞质，和细胞核)Cdc48底物的降解。与生化机理相对应，Doa1敲除显著削弱细胞在线粒体氧化应激状态下的存活，但不影响细胞对内质网应激(ER stress)的抵抗力。因此，本研究建立了MAD通路的遗传筛选方法，为系统分析MAD通路打下坚实的基础; 发现了MAD通路的关键分子Doa1，证明了Doa1是区分MAD和其它Cdc48介导的降解通路的标识性分子; 并且揭示了MAD通路对线粒体功能的重要影响。

  蒋辉实验室的吴溪博士为本文的第一作者，李兰兰为第二作者。吴溪博士和蒋辉博士为共同通讯作者。这项研究得到了科技部和北京市政府的资助，在北京生命科学研究所完成。