一种分离线粒体接触位点的改进方法

线粒体在真核生物中发挥着各种不同的功能，其中最著名的是通过氧化磷酸化产生ATP。其他功能包括铁硫簇的产生、脂质合成，以及在高等真核生物中，^Ca2+ 信号传导和诱导细胞凋亡 1,2,3,4。这些功能与其复杂的超微结构密不可分。

线粒体超微结构首先通过电子显微镜⁵ 描述。结果表明，线粒体是由两层膜组成的相当复杂的细胞器：线粒体外膜和线粒体内膜。因此，这些膜形成了两个水室：膜间空间和基质。线粒体内膜可以进一步分为不同的部分。内边界膜与外膜保持紧密联系，嵴形成内陷。所谓的嵴连接连接内边界膜和嵴（图1）。此外，渗透收缩的线粒体的电子显微照片显示存在线粒体膜紧密连接的位点 ^6,7。这些所谓的接触位点是由跨越两个膜的蛋白质复合物形成的（图1）。人们认为，这些相互作用位点对于细胞活力至关重要，因为它们对线粒体动力学和遗传的调节以及胞质溶胶和基质之间的代谢物和信号的转移^{非常重要8。}

线粒体内膜中的MICOS复合物可能是特征最好、用途最广泛的接触位点形成复合物。MICOS 于 2011 年在酵母中描述，它由六个亚基⁹、10、1 ^{1 组成}：Mic60、Mic27、Mic26、Mic19^、Mic12 和 ^Mic10。它们形成一个大约 1.5 MDa 的复合物，定位于嵴连接 9,10,11。核心亚基 Mic10 或 Mic60 的缺失导致该复合物 ^9,11 的缺失，这意味着这两个亚基对 MICOS 的稳定性至关重要。有趣的是，MICOS 不仅与各种线粒体外膜蛋白和复合物形成一个接触位点，而且与多个接触位点形成：TOM 复合物 ^11,12、TOB/SAM 复合物 9、¹²、^13、14、15、¹⁶、Fzo1-Ugo1 复合物⁹、Por1 10^、OM45 10 和 Miro ¹⁷.这强烈表明 MICOS 复合物参与各种线粒体过程，例如蛋白质输入、磷脂代谢和线粒体超微结构的产生¹⁸。后一种功能可能是MICOS的主要功能，因为通过MIC10或MIC60缺失诱导的MICOS复合物的缺失导致线粒体超微结构异常，几乎完全缺乏规则的嵴。相反，与内边界膜不相连的内膜囊泡积聚^19、20。重要的是，MICOS 在形式和功能上从酵母到人都是保守的²¹。MICOS 亚基突变与严重人类疾病的关联也强调了其对高等真核生物的重要性^22,23。尽管MICOS具有高度的通用性，但必须存在其他接触点（基于我们未发表的观察结果）。事实上，已经确定了其他几个接触位点，例如，线粒体融合机制 Mgm1-Ugo1/Fzo1 24、^25、26 或 Mdm31-Por1，它们参与线粒体特异性磷脂心磷脂 ²⁷ 的生物合成。最近，我们改进了导致我们鉴定 MICOS 的方法，以将 Cqd1 鉴定为与外膜复合物 Por1-Om14²⁸ 形成的新接触位点的一部分。有趣的是，这个接触位点似乎也参与了多个过程，例如线粒体膜稳态、磷脂代谢和辅酶 Q^28,29 的分布。

在这里，我们使用了前面描述的线粒体分馏 9,30,31,32,33 的变体。线粒体的渗透处理导致线粒体外膜的破坏和基质空间的收缩，使两个膜仅在接触部位靠近。这允许通过温和的超声处理产生仅由线粒体外膜或线粒体内膜组成的囊泡，或在两个膜的接触部位产生囊泡。由于线粒体内膜具有更高的蛋白质脂质比，因此与线粒体外膜囊泡相比，线粒体内膜囊泡表现出更高的密度。密度的差异可用于通过蔗糖浮力密度梯度离心分离膜囊泡。因此，线粒体外膜囊泡在低蔗糖浓度下积累，而线粒体内膜囊泡在高蔗糖浓度下富集。含有接触位点的囊泡浓缩在中间蔗糖浓度（图2）。以下方案详细描述了这种改进的方法，与我们先前建立的方法³²相比，它需要更少的专业设备，时间和能量，并为鉴定可能的接触位点蛋白提供了有用的工具。