В клетках млекопитающих существует два набора систем трансляции белков — цитоплазматическая система трансляции и митохондриальная трансляционная система, которые состоят из рибосом, тРНК и факторов трансляции. Система трансляции переводит мРНК в биологически компетентный белок в соответствии с информацией о мРНК.
Однако механизм координации между системой цитоплазматической трансляции и митохондриальной трансляционной системой оставался загадкой.Исследовательская статья под названием «Фактор элонгации 4 у млекопитающих регулирует трансляцию митохондрий, необходимую для сперматогенеза» была опубликована в Интернете в журнале Nature Structural. Molecular Biology от 11 апреля 2016 г. В нем описывается механизм перекрестных помех между трансляцией митохондрий и трансляцией цитоплазмы.
Фактор элонгации трансляции митохондрий 4 (mtEF4) является фактором контроля качества трансляции белков. Хотя белок является высококонсервативным в процессе эволюции, предыдущие нокауты гена mtEF4 в некоторых модельных организмах не показали значительных фенотипических изменений.
В этом исследовании, используя мышиную модель с системным нокаутом гена mtEF4, исследователи обнаружили, что нокаут mtEF4 повреждает функцию окислительного фосфорилирования в половых клетках самцов мышей, вызывая мужское бесплодие.Дальнейшее исследование показало, что скорость трансляции митохондриального белка увеличивается после нокаута mtEF4.
Однако цена была более низкой «приемлемой ценой» для белка и более коротким периодом полураспада белка. Чтобы идти в ногу с «ускоренной» трансляцией митохондрий, соматические клетки активировали сигнальный путь mTOR, чтобы ускорить трансляцию цитоплазмы и сбалансировать трансляцию митохондрий. Таким образом, соматические клетки успешно преодолели негативное влияние высокоскоростной трансляции митохондрий.Напротив, сигнальный путь mTOR не мог быть активирован в клетках зародышевой линии, потому что сборка митохондриального комплекса половых клеток не смогла собраться, и процесс созревания сперматозоидов застопорился на стадии круглых сперматозоидов, что в конечном итоге привело к мужской стерильности.
Это исследование раскрывает новый механизм обмена информацией внутри клетки: сигнальный путь mTOR уравновешивает динамику между трансляцией митохондрий и трансляцией цитоплазмы. Когда скорость митохондриальной трансляции увеличивается, активируется сигнальный путь mTOR, что вызывает увеличение скорости трансляции цитоплазматического белка, чтобы противодействовать давлению от увеличенной митохондриальной трансляции, что представляет собой новый механизм эволюционной адаптации.
Кроме того, это исследование выявило новую причину мужского бесплодия и имеет большое значение для клинического лечения мужского бесплодия.В этом исследовании участвовали многие учреждения, в том числе Институт биофизики (IBP), Институт зоологии, Академия военно-медицинских наук, Тяньцзиньский университет науки и технологий и другие институты. Институт биофизики и Университет Китайской академии наук являются первым и вторым учреждениями соответственно.
Проф. Цинь Янь (МБП) является автором-корреспондентом.
GAO Yanyan и BAI Xiufeng являются соавторами этой статьи. Эта работа также была поддержана Министерством науки и технологий Китая, Национальным фондом естественных наук и ключевыми проектами Китайской академии наук.