Nature Metabolism：胰島素影響細胞能量的循環利用

來源：作者：人氣：-發表時間：2024-03-21 15:10:00【大中小】

摘要：在神經細胞中，這種激素調節線粒體是關閉還是繼續運行。

細胰島素控制著許多細胞過程，并使它們適應身體當前的能量供應。馬克斯普朗克生物智能研究所的Angelika Harbauer和她的團隊發現，胰島素調節的過程之一是神經元細胞發電廠的質量控制。當體內有足夠的能量時，胰島素有助于消除有缺陷的線粒體。當能量不足或胰島素信號中斷時，線粒體循環減少，細胞繼續使用舊的發電廠，甚至可能損壞的發電廠。有缺陷的線粒體的持續運作可能會影響衰老過程和神經系統疾病。

神經細胞對它們的能量供應有特殊的要求。由于它們廣泛的分支和高能量需求，它們密切關注著它們的細胞發電廠——線粒體。細胞必須確保在它們的長延伸軸突中總是有足夠的線粒體可用，在軸突中，發電廠為細胞與鄰近細胞的通信提供燃料。這就是為什么神經元會將線粒體運送到細胞最偏遠的地方。

Angelika Harbauer的早期研究表明，線粒體攜帶著PINK1蛋白的藍圖穿過神經元。“PINK1是一種關鍵的蛋白質，當線粒體因為不再正常工作而需要被移除時，它就會起作用，它可以標記線粒體進行再循環，并由細胞精確控制。”抑制PINK1的失敗可能導致線粒體的短缺，而持續運行有缺陷的細胞發電廠可能會損害細胞。

圖1 AMPK和胰島素控制神經元線粒體連接Pink1 mRNA和線粒體自噬之間的轉換

一種有多種作用的激素

Angelika Harbauer和她的團隊現在發現胰島素激素參與神經元線粒體質量控制。眾所周知，胰島素在調節細胞糖攝取方面起著重要作用。它還控制細胞內的許多過程，以精確地調整它們以適應身體當前的能量供應。

在線粒體循環的情況下，工作原理如下：如果有足夠的能量，信號從細胞表面的胰島素受體傳遞到線粒體。在這里，PINK1藍圖以mRNA分子的形式存儲。當胰島素信號到達時，線粒體釋放藍圖，細胞可以產生額外的PINK1蛋白。這確保了有缺陷的線粒體被有效地消除。在能量短缺的情況下，或者如果胰島素受體信號缺失，PINK1的藍圖仍然緊密地結合在線粒體上。

一方面，與線粒體的緊密結合允許PINK1藍圖搭便車進入神經細胞的長延伸。另一方面，它降低了產生PINK1的mRNA分子的可用性。PINK1蛋白水平仍然很低，線粒體循環減少——盡管這可能導致受損的發電廠繼續運行。

該研究的主要作者Tabitha Hees說:“我們曾預期mRNA與線粒體的結合會促進PINK1的產生。”“令人驚訝的是，我們的實驗表明情況并非如此。當能量水平較低時，顯然更有利于細胞產生更少的PINK1蛋白，并繼續使用可能受損的線粒體。”

影響健康和衰老的信號中斷

當胰島素受體到線粒體的信號傳遞因疾病而受到干擾時，也會發生類似的情況。有缺陷的胰島素信號是糖尿病的一個標志，也被觀察到與阿爾茨海默病有關的大腦。我們還知道，線粒體質量控制效率低下會導致各種神經退行性疾病。“我們的觀察增加了我們對細胞能量供應、衰老和神經退行性疾病是如何相互關聯的理解，”Angelika Harbauer說。

接下來，研究人員的目標是研究一旦PINK1藍圖從線粒體釋放到細胞中會發生什么。Tabitha Hees說:“我們特別感興趣的是找出PINK1蛋白是在哪里產生的，如果不是在線粒體，以及它后來如何找到回到線粒體的路。”只有處理好這兩個步驟，PINK1才會開始回收有缺陷的發電廠，以防止它們損害神經細胞。

參考資料

[1] AMPK and insulin control the switch between mitochondrial hitchhiking of Pink1 mRNA and mitophagy in neurons