Science揭示细胞凋亡期间，mtDNA逃离线粒体机制

　　在一项新的研究中，由澳大利亚莫纳什大学生物医学发现研究所的Benjamin Kile教授领导的一个国际研究团队发现并拍摄了在细胞死亡期间线粒体DNA（mtDNA）逃离线粒体（细胞内产生能量的细胞器）的确切时刻。相关研究结果发表在2018年2月23日的Science期刊上，论文标题为“BAK/BAX macropores facilitate mitochondrial herniation and mtDNA efflux during apoptosis”。

细胞凋亡期间，线粒体DNA（绿色）逃离线粒体（红色）。图片来自Kate McArthur博士、Lachlan Whitehead博士和美国珍妮莉娅研究学院高级成像中心。

　　线粒体具有双重功能：它们是让细胞保持存活所必不可少的，但是当遭受损伤时，它们能够激活机体自身的免疫系统，从而产生潜在的破坏性后果。鉴于mtDNA与细菌DNA（它们具有共同的祖先）有很多相似之处，身体会对线粒体之外或者甚至细胞之外的mtDNA作出反应，就好像对入侵的病原体发动攻击一样。不能区分‘自我’与‘非自我’会导致炎症和自身免疫疾病。

　　虽然mtDNA从线粒体中释放出来被认为是造成狼疮等自身免疫疾病的原因，但它逃离线粒体的方式从未被人解释过。莫纳什大学生物医学发现研究所研究员Kate McArthur博士在美国珍妮莉娅研究学院（Janelia Research Campus）里利用一种革命性的新型显微镜捕捉线粒体形成“突出物（hernia）”的时刻，这种突出物将mtDNA排出到细胞的其余部分。

　　这种由诺贝尔奖获得者Eric Betzig开发出的活细胞晶格光片显微镜（live-cell lattice light-sheet microscopy, LLSM）系统是一种新技术，它允许科学家们以一种突破性的分辨率观察活细胞。McArthur博士在2015～2017年之间多次前往美国珍妮莉娅研究学院，并记得她首次观察到线粒体积极地驱逐它的mtDNA的时刻。

　　当细胞开始凋亡时，两种蛋白BAK和BAX会被激活。这些研究人员实时观察到这些专业的杀手蛋白在线粒体外膜上打开巨大的“大孔（macropore）”，从而导致线粒体的内含物向外突出，同时将mtDNA一起带走。

　　BAK和BAX提供旨在让细胞永久性地失去功能的“致命射击（kill shot）”。不过这样做会导致mtDNA逃离线粒体。实质上，这是一种附带损害，如果控制不当的话，这会触发免疫系统产生病理性炎症。

　　这样的发现是非常罕见的，而且这对理解一系列自身免疫疾病和感染产生深远的影响。