本文转自：中国科学报
缺乏营养的细胞形成了两种类型的线粒体。图片来源：TAK SHUN FUNG
本报讯如果初中生物知识没有“还”给老师，那么你可能还记得线粒体被喻为细胞的“能量工厂”。而一项11月6日发表于《自然》的研究指出，每个细胞中的线粒体其实“术业有专攻”——当细胞营养匮乏时，一些线粒体专注于产生能量，另一些则致力于制造分子。
这种分工有利有弊。益处是可以帮助细胞更有效地治愈伤口，但癌细胞也可能“钻空子”，利用它来肆意生长。
线粒体是一种存在于大多数真核细胞中的细胞器。除了充当细胞的能量站，泵出ATP（腺嘌呤核苷三磷酸）—— 一种富含能量的分子，为大多数细胞活动提供燃料外，它们还扮演着其他角色，包括充当化学工厂，制造构建蛋白质和其他细胞成分所需的关键分子，比如氨基酸。
不过，细胞只能为线粒体提供有限的分子原料，因此每个线粒体只能选择完成上述工作中的任意一项。这意味着如果一个线粒体要合成氨基酸，那么它必须转移原本用于产生ATP的分子，而这可能减少细胞产生的能量。
当营养物质充足时，细胞可以毫不费力地助力线粒体“大军”完成上述两项工作。那么，如果营养物质短缺，细胞如何平衡上述工作呢？
为了弄清这个问题，美国纪念斯隆-凯特琳癌症中心细胞生物学家Craig Thompson等人以小鼠细胞为对象展开研究。
研究人员在混合培养物上培养小鼠细胞，迫使细胞只能从线粒体获得能量。尽管这使细胞产生的能量增加了，但线粒体同时仍在合成氨基酸。
“这让我们感到惊讶。因为完成一项任务需要窃取另一项任务的资源。”Thompson说。深入研究后，他们将注意力集中在氨基酸合成过程中的关键酶——P5CS上。这种酶通过聚集成链，催化线粒体合成氨基酸。
研究人员发现，在缺乏营养物质的小鼠细胞内，P5CS仅在一些线粒体中聚集。当他们对细胞进行基因编辑以制造一种不能聚集的酶时，线粒体就不再合成氨基酸了。而这种蛋白质团块也潜伏在人类胰腺癌细胞的一些线粒体中，因为肿瘤通常会耗尽血液的营养供应，导致营养物质缺乏。
Thompson等人发现，携带P5CS的线粒体与一般线粒体相比有两个明显差异。一是它们缺少制造ATP的酶，二是缺乏能提高ATP生产效率的褶皱内膜。
研究人员报告称，事实证明，营养不良的细胞会产生两种亚型的线粒体，它们要么专注于产生能量，要么专注于制造分子。此外，线粒体的分化取决于它们的分裂和融合能力。这在线粒体中经常发生。（徐锐）
相关论文信息：
https://doi.org/10.1038/s41586-024-08146-w