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超分子诱导线粒体聚集和融合

线粒体是一种存在于大多数细胞中且具有双层膜结构的细胞器,作为细胞的动力工厂,不仅为细胞提供能量,同时在多种细胞代谢途径中起着至关重要的作用。线粒体的功能退化或损伤,常常伴随着各种疾病,如神经退行性疾病等,因此如何修复线粒体,使细胞恢复活性,一直以来都是科学家们关注的热点话题。近日,澳门大学王瑞兵教授(点击查看介绍)课题组于《美国化学会志》(J. Am. Chem. Soc.)报道了一种通过超分子主客体作用诱导线粒体聚集并融合的策略,对线粒体的融合进行调节以达到对线粒体碎片化等相关细胞损伤进行修复的目的。


线粒体自身融合与裂分的平衡,对于线粒体形貌、活性及功能的维持十分关键,如神经退行性疾病、糖尿病、肝病等多种氧化应激相关的疾病都与线粒体融合与裂分失衡相关。因此促进线粒体融合,或是平衡线粒体的融合和碎化,可以很大程度上减缓线粒体氧化应激反应,帮助线粒体恢复活性。目前,利用线粒体靶向药物来拮抗氧化应激的方法已有报道,但其中大部分都是抗氧化药物,而通过物理化学方法调控线粒体聚集与融合,从而修复受损线粒体使其恢复活性的方法还未曾被报道。

图1. 超分子主客体作用诱导线粒体聚集及融合示意图


基于此,澳门大学团队开发了一种通过超分子主客体作用诱导线粒体聚集进而融合的策略,调控线粒体的形貌及分布,并通过细胞实验验证其对线粒体碎片化的修复以及通过斑马鱼神经细胞损伤的体内模型验证该方法对线粒体损伤相关疾病的治疗作用。该策略首先利用三苯基磷(TPP)对线粒体内膜的靶向作用,使三苯基磷-聚乙二醇-金刚烷胺(TPP-PEG-ADA)对线粒体插膜,并将客体分子金刚烷胺(ADA)较为稳定的修饰在线粒体外膜表面。再向细胞递送透明质酸-葫芦脲[7](HA-CB[7]),通过ADA与CB[7]较强的主客体作用结合一个或多个线粒体,并利用HA长链限制线粒体之间的距离,从而实现多个线粒体聚集,进而达到促进线粒体融合的目的。同时,在化学诱导的受损神经细胞及斑马鱼模型上,该策略展现出良好的神经细胞修复作用。

图2. 超分子主客体作用诱导胞内线粒体聚集及融合(左)及对化学诱导的斑马鱼神经受损模型治疗(右)。


这种通过超分子化学方法促进线粒体聚集以诱导其进行融合的策略,可作为一种潜在的手段,为线粒体相关疾病的治疗提供了全新的方向。


这一成果近期发表在Journal of the American Chemical Society 上,文章的第一作者是澳门大学博士研究生孙臣和硕士研究生王紫一


原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

Supramolecular Induction of Mitochondrial Aggregation and Fusion

Chen Sun, Ziyi Wang, Ludan Yue, Qiaoxian Huang, Qian Cheng, Ruibing Wang

J. Am. Chem. Soc., 2020, DOI: 10.1021/jacs.0c06783


导师介绍

王瑞兵

https://www.x-mol.com/university/faculty/45874


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