压力环境下线粒体中蛋白质“助手”复合物的实时观察

线粒体是细胞的“能量工厂”，其功能正常离不开蛋白质稳态（即蛋白质正确折叠和功能稳定）。当这种稳态被打破，比如蛋白质出现错误折叠时，细胞会启动“线粒体未折叠蛋白反应”，通过增加伴侣蛋白（帮助蛋白质正确折叠的分子“助手”）来缓解压力。但这些伴侣蛋白具体如何发挥作用，一直不明确。

为弄清这个问题，研究团队利用冷冻电镜断层扫描技术，对受到折叠压力的人类宫颈癌细胞（HeLa细胞）线粒体进行了观察。他们用一种叫GTPP的物质处理细胞，这种物质会抑制线粒体中的mtHsp90蛋白，从而诱导蛋白质折叠压力。通过三维成像，研究人员发现，压力下的线粒体出现了明显形态变化：线粒体碎裂、内部嵴结构紊乱，还出现了大量无定形的蛋白质聚集体（错误折叠蛋白堆积形成）。

进一步观察发现，线粒体中的mtHsp60-Hsp10伴侣蛋白复合物在压力下发生了显著变化：数量增加了约两倍，并且在空间上聚集形成簇状结构。这种复合物还会改变自身构象，从平时的多种形态（如“半足球”“子弹状”）更多地转变为“足球状”——这种结构被认为折叠活性更高。通过亚断层平均分析技术，研究人员解析了“足球状”复合物在细胞内的三维结构，发现它保留了经典的双层环状结构，并且环之间存在不对称的相互作用，核苷酸（如ATP）结合位点的占据情况也有差异。更重要的是，该复合物通过表面保守的疏水氨基酸（如苯丙氨酸、酪氨酸等）以及C端尾部，将错误折叠的蛋白质包裹在内部空腔中，帮助其重新折叠。

为验证该复合物的作用，研究人员降低了细胞中mtHsp60-Hsp10的含量。结果显示，细胞内错误折叠蛋白的不溶部分显著增加，细胞活力下降，线粒体膜电位降低，活性氧水平升高，表明细胞压力大大加剧。同时，受损线粒体上的Parkin蛋白募集增多，线粒体自噬（一种清除受损线粒体的机制）被激活，更多线粒体蛋白被降解。这说明当mtHsp60-Hsp10无法缓解压力时，细胞会通过自噬清除“故障”线粒体，以维持整体稳态。

综上，这项研究揭示了mtHsp60-Hsp10复合物通过增加数量、聚集分布和构象调整来缓解线粒体折叠压力的机制，同时阐明了当压力超出其缓冲能力时，线粒体自噬作为“后备机制”清除受损线粒体的过程。这为理解线粒体蛋白质稳态调控及相关疾病机制提供了新视角。