利用LCMS／MS等方法发现线粒体基因组编码蛋白质的新模式

图 线粒体编码基因CYTB的双重翻译模式

　　在国家自然科学基金项目（批准号：92254301、92357302、32025010）等资助下，中国科学院广州生物医药与健康研究院刘兴国研究员团队在线粒体基因组编码研究方面取得进展，研究成果以“线粒体基因CYTB编码的新蛋白质CYTB-187AA调控哺乳动物早期发育（A novel protein CYTB-187AA encoded by the mitochondrial gene CYTB modulates mammalian early development）”为题，于2024年5月3日在线发表于《细胞·代谢》(Cell Metabolism)。论文链接：https://www.cell.com/cell-metabolism/abstract/S1550-4131(24)00132-3。

　　动物细胞内，存在两套由细胞核与线粒体基因组分别进行编码的“DNA-RNA-蛋白质”中心法则系统。其中，细胞核编码的信使RNA由细胞质核糖体翻译，而线粒体编码的信使RNA由线粒体核糖体翻译，两者的密码子不同。一般认为，哺乳动物的线粒体基因组包含37个基因，其中13个基因编码的信使核糖核酸在线粒体内膜包裹的基质内，由线粒体核糖体翻译，形成线粒体内膜上呼吸链的13个蛋白质，在能量产生中发挥了核心作用。线粒体基因组能否利用胞质核糖体翻译出新的蛋白质，是未解决的生命科学领域基本科学问题之一。

　　刘兴国研究员课题组利用液相色谱串联质谱（LC-MS/MS）、MoonTag系统等方法，发现除13个线粒体基因编码的蛋白质外，线粒体细胞色素B基因（CYTB）可以产生由胞质核糖体进行翻译的新蛋白质CYTB-187AA。并通过超高分辨显微镜清晰地标记到CYTB-187AA定位于线粒体内膜包裹的基质中，提示这一蛋白质在胞质翻译后又回到了线粒体内（图）。为进一步检测该蛋白质功能，课题组通过创建CYTB-187AA敲降小鼠模型，发现CYTB-187AA表达降低可导致卵泡数量减少，造成雌性小鼠生育能力受损。

　　该项研究发现并鉴定了线粒体信使RNA编码的第14种蛋白质的存在及其对早期发育功能的调控，扩充了“线粒体基因组仅编码13种蛋白质”的已有理论，揭示了线粒体和细胞核的编码翻译系统的交互使用机制，为探索线粒体基础生物学功能提供了新视角。