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Nature子刊:人工合成酶可能为线粒体功能异常疾病提供新疗法
发布日期:2020-01-17  浏览次数:
线粒体是细胞的“能量工厂”,线粒体功能异常会引起300多种罕见的遗传疾病,例如Leigh综合征(一种可能在婴儿早期出现的严重神经系统疾病)和MELAS(会导致肌肉无力、糖尿病和中风,通常在40岁之前发作)。然而,在帕金森和其他较常见的疾病,甚至是衰老过程本身,线粒体功能也逐渐下降。麻省总医院(MGH)的研究人员开发出一种新的方法来缓解线粒体功能失调引起的问题,这一发现发表在1月13日的《Nature Biotechnology》杂志上。

 

https://doi.org/10.1038/s41587-019-0377-7

 

所有细胞都有线粒体,线粒体从我们吃的食物中吸收电子并将其转移到氧气中。如果将这一过程比作顺山而下的河流,线粒体就像“水车”,利用水流产生能量。然而,线粒体疾病就像一座“水坝”,通过阻断这种顺畅流动导致电子堆积,称为氧化还原不平衡,而使细胞内重要的化学反应停滞。科学家认为毒性来自于“水车”不再旋转,过量的电子最终以乳酸的形式溢出到血液循环中,乳酸可作为细胞内疾病的标志物。

 

为了解决该问题,研究人员通过将两种细菌蛋白乳酸氧化酶(LOX)和过氧化氢酶(CAT)结合在一起,创建了一种合成酶(被称为LOXCAT)。他的团队将LOXCAT添加到线粒体缺陷的培养的人类细胞培养基中,发现人造酶将乳酸转化为丙酮酸,丙酮酸进入细胞并吸收电子,从而减轻了堆积。丙酮酸又转化为乳酸,从细胞中释放出来,LOXCAT将乳酸重新转化为丙酮酸,这一过程重新开始,形成一个循环

 

LOXCAT的设计与表征

 

这种新疗法直接靶向循环乳酸,能够安全地消散多余的电子,氧化还原平衡和细胞内的流动得以恢复。从概念上讲,创新之处是这种酶不必进入细胞,它对进出的化学物质起作用,从而有益于细胞的内部运作。

 

将LOXCAT添加到线粒体疾病细胞模型培养基中的效果

 

研究人员指出,在LOXCAT准备好用于人体测试之前,还有许多的工作要做。但是由于目前几乎没有处理线粒体功能障碍后果的方法,这项研究为一类通过直接靶向循环氧化还原偶联代谢物来缓解细胞内氧化还原失衡的注射治疗酶奠定了基础,可能会产生深远的影响。
 

来源:生物探索