如果有一个事实是大多数人都从初级生物学中保留下来的话，那就是线粒体是细胞的动力室。因此它们分解分子并制造新的分子，以产生生命所需的燃料。但是线粒体依靠一系列的蛋白质来维持这种能量的产生。几乎所有的蛋白质都是在周围的凝胶状细胞质中制造的，并且必须导入线粒体以保持动力运转。麻省理工学院的两位生物学家透露，当线粒体表面的蛋白质堵塞阻碍了正常的导入时会发生什么？他们描述了线粒体如何与细胞的其他部分进行通讯，以表达一个问题，以及细胞如何响应保护线粒体。
麻省理工学院的生物学家发现了第一种细胞反应，它的目的是帮助线粒体在蛋白质输入出错时帮助线粒体。图片：Ella Maru Studio
这一新发现的分子通路，称为mitoCPR，检测出进口的意外，并在这种压力下保存线粒体功能。这是第一个机制确定监视线粒体蛋白导入，并帮助线粒体当他们得不到他们所需要的蛋白质，凯瑟琳和柯蒂斯大理石癌症研究在麻省理工学院的生物学教授，他也是科赫综合癌症研究所的成员在麻省理工学院，霍华德休斯医学研究所研究员,这项研究的资深作者。之前已经建立了对线粒体压力的反应，但这只针对线粒体的表面，清除了滞留在毛孔中的错误折叠蛋白。
在Amon实验室的博士后Hilla Weidberg是这项研究的主要作者，该研究发表在4月13日的《科学》杂志上。在被宿主细胞吞噬之前，线粒体很可能在很久以前就已经是独立的实体了。他们最终放弃了控制，把大部分重要的基因转移到一个不同的细胞器——细胞核中，在那里，细胞的其他基因蓝图被储存起来。这些基因的蛋白质产物最终在细胞核外的细胞质中生成，然后引导到线粒体。这些“前体”蛋白质包含一种特殊的分子邮递编码，通过在线粒体表面的通道引导它们到达各自的家。
为了进入线粒体，蛋白质必须展开并小心地穿过狭窄的通道。这造成了一种不稳定的局势;如果需求过高，或者蛋白质在不应该被折叠的情况下被折叠，就会形成一种无法通过的瓶颈。当线粒体扩展到自身，或者像耳聋-肌张力障碍综合症和杭廷顿氏症等疾病时，就会发生这种情况。发现的这些机器似乎将那些位于线粒体表面的蛋白质驱逐出去，并将其降解。另一种可能性是，这种mitoCPR通路可能会真正打开这些蛋白质，这样做会给它们第二次机会通过细胞膜。最近在酵母中发现了另外两种途径，它们也对积累的线粒体蛋白质有反应。然而这两种蛋白都是在线粒体周围的细胞质中清除蛋白质，而不是从线粒体中清除蛋白质。
我们知道对线粒体压力的各种反应，但没有人描述过对蛋白质导入缺陷的反应，这些缺陷特别保护线粒体，而这正是mitoCPR所做的，想知道细胞是如何应对这些问题的，所以我们开始让进口机器超负荷运转，导致许多蛋白质在同一时间涌入线粒体，堵塞毛孔，引发细胞反应。哈佛大学分子和细胞生物学教授Vlad Denic说：是什么使我们的细胞完全依赖于线粒体，这是细胞生物学中最重要的问题之一。这项研究揭示了一个有趣的问题：当人为地使线粒体生命变得艰难时，他们会说‘帮助我们’，这样宿主细胞就来拯救他们了吗？这类工作在人类发展和疾病方面可能产生的影响是非常令人印象深刻的。
大约20年前，研究人员开始注意到，为了保护细胞免受药物和其他外来物质的侵害，被称为多药耐药(MDR)的基因在酵母线粒体突变体中也表达了一些未知的原因。这表明，负责与DNA结合并启动MDR反应的蛋白质必须具有双重目的，有时也会触发另一种单独的途径。但是这第二种与线粒体有关的途径仍然是个谜。20年前，科学家们承认mitoCPR是一种对抗线粒体功能障碍的机制，今天我们终于把它的名字命名了，并确定了它的精确功能：帮助线粒体蛋白质的导入。随着进口过程的减缓，Amon和Weidberg确定了启动mitocprs的蛋白质——转录因子pdr3与细胞核内的DNA结合，诱导了一种名为CIS1的基因的表达。
合成的Cis1蛋白与线粒体表面的通道结合，并吸收另一种蛋白质，AAA+腺苷三磷酸酶Msp1，帮助清除线粒体表面的未输入蛋白，并调节它们的降解。虽然MDR响应途径与mitoCPR不同，但都依赖于Pdr3的激活。事实上，mitoCPR需要它。这两条通路是否相互作用是一个非常有趣的问题，线粒体制造了大量的生物合成分子，通过干扰蛋白质的导入来阻断这种功能，可能导致中间代谢物的积累。这些可能对细胞是有毒的，所以你可以想象激活MDR反应会释放有害的中间产物。
目前尚不清楚是什么激活了Pdr3启动mitoCPR的问题，但是Weidberg有一些与有毒代谢物中间体积累信号有关的想法。尽管有证据表明，线粒体确实与其他真核生物(除了酵母)有联系，但还有待确定是否有类似的途径存在于更复杂的生物体中。这是一项非常经典的研究，没有复杂的高通量的方法，仅仅是传统的，简单的分子生物学和细胞生物学。这就像你在20世纪80年代看到的东西。但这只是今天的展示——这就是有多少发现。
