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.2010年4月16日；141(2):280-9.
doi:10.1016/j.cell.2010.02.026。

线粒体融合是骨骼肌线粒体DNA稳定性和线粒体DNA突变耐受性所必需的

Xiuchen Chen先生 1, 马克·维尔姆斯特, Yun E Wang（王云）, 安妮·乔敏, 托马斯·A·普罗拉, J迈克尔·麦卡弗里, 大卫·C·陈
附属公司

线粒体融合是骨骼肌线粒体DNA稳定性和线粒体DNA突变耐受性所必需的

Xiuchen Chen先生等。 单元格. .

摘要

线粒体是高度流动和动态的细胞器，不断融合和分裂。这些过程允许线粒体交换内容物，包括线粒体DNA（mtDNA）。在这里，我们通过有条件地缺失融合所必需的线粒体GTPase丝裂原融合蛋白Mfn1和Mfn2，来检测线粒体融合在分化骨骼肌中的功能。线粒体融合蛋白的缺失会导致严重的线粒体功能障碍、代偿性线粒体增殖和肌肉萎缩。突变小鼠肌肉中线粒体DNA严重缺失，这是生理异常的先兆。此外，突变肌肉的线粒体基因组迅速累积点突变和缺失。在一项相关的实验中，我们发现线粒体融合的破坏在线粒体DNA突变水平较高的小鼠模型中强烈增加线粒体功能障碍和致死率。线粒体融合具有保护线粒体DNA完整性和在突变面前保护线粒体DNA功能的双重功能，可能是与线粒体DNA突变相关的人类疾病的保护因素。

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数字

图1
图1。7周龄MLC-Cre/dm肌肉的线粒体缺陷
（A） 全套腓肠肌。双突变体肌肉（右）较小且呈深红色。（B）所示基因型肌肉线粒体面积的量化。线粒体所占面积是从至少10个具有代表性的电磁场中测量出来的，并归一化为野生型肌肉中线粒体所占的面积。星号（P<0.0003，未配对t检验）表示显著变化。（C–J）胫骨前（TA）纵切面的电子显微镜。标签：s，肌节长度；Z、 Z盘；m、 线粒体。（C、E和I）野生型。（D、F和J）Mfn公司双突变体。（G）Mfn1公司−/−,Mfn2型+/−.（H）Mfn1公司+/−,Mfn2公司−/−（I和J）肌膜下线粒体。比例尺：C–F、I和J中0.5μm；G和H中为1μm。另见图S1。
图2
图2。MLC-Cre/dm肌肉呼吸衰竭的时间分析
TA肌横切面进行组织化学染色，检测COX（棕色）和SDH（蓝色）活性。（A、C、E和G）野生型肌肉。（B、D、F和H）双突变体肌肉。蓝色染色表明线粒体功能障碍。注意D中的淡蓝色纤维（箭头）和F和H中的深蓝色纤维的初始外观。显示了样品的年龄。（I和J）显示肌肉的基因型和年龄。400倍放大。另请参见图S2。
图3
图3。肌肉和MEF线粒体DNA的定量分析
（A） 分析7-8周TA肌肉中每个核基因组的线粒体DNA拷贝数。控制包括野生型、，Mfn1公司+/−、和Mfn2型+/−双突变体的室友。P=0.0002。（B） 双突变体TA肌肉线粒体DNA缺失的时间分析。显示了样品的年龄。P<0.008。图例表示（A）和（B）的基因型。（C） MEF中的线粒体拷贝数。显示基因型。P<0.0001。（D） 线粒体DNA水平的恢复Mfn公司双空单元格。在感染表达丝裂原-DsRed（模拟）的逆转录病毒的突变细胞中测量MtDNA水平，Mfn1公司或Mfn2公司感染后2周和4周对线粒体进行分析。P<0.0001。在所有面板中，星号表示与对照组相比在统计上的显著变化，误差条表示3-5只动物或实验的标准偏差。为了获得单个DNA样本的mtDNA水平，进行了四次定量PCR。P值是通过未配对t检验获得的。另请参见图S3。
图4
图4。线粒体DNA突变的定量分析
（A–D）通过随机突变捕获分析定量TA肌肉中的mtDNA突变。基因型图例适用于面板A-D。误差线表示3-5只动物的标准偏差。星号表示与对照组相比在统计上有显著变化。P值来自未配对的t检验。（A，B）量化两个独立位点的每个碱基对的点突变频率。P=0.03英寸（A）；P=0.05英寸（B）。（C，D）两个独立位点每个线粒体DNA基因组缺失频率的量化。在（C）中，年轻肌肉（7-8周）P=0.01，老年肌肉（8-13个月）P=0.02。在（D）中，年轻肌肉P=0.0003，老年肌肉P=0.04。总的来说，大约有2.5亿碱基对被筛查为点突变，7亿基因组被筛查为缺失。（E） 所示基因型10月龄骨骼肌mtDNA Solexa测序中mtDNA缺失事件表。“断点重复”表示涉及6–14个碱基对的直接重复的删除次数。另请参见图S4和表S1。
图5
图5。MEF中的氧极谱和ATP生成
（A） 所示基因型MEF的呼吸速率。内源性呼吸是未经处理的细胞的耗氧速率，最大呼吸是添加解偶联二硝基苯酚后的耗氧率。显示了3个实验的标准偏差。（B） 通过复合物I产生ATP。使用基于荧光素酶的分析在1×106渗透细胞。指出了3个实验的标准偏差。（C） 所示基因型MEF的底物驱动呼吸速率。测定了底物谷氨酸/苹果酸（复合物I）、琥珀酸/G3P（复合物III）和TMPD/抗坏血酸（复合物质IV）驱动的耗氧速率。显示了两个实验的标准偏差。在所有面板中，与野生型相比，单星号（P<0.05）和双星号（P<0.01）代表显著变化。另请参见图S5。
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中的注释

  • 器官动力学：融合稳定。
    鲍曼K。 鲍曼K。 Nat Rev Mol细胞生物学。2010年6月；11(6):391. doi:10.1038/nrm2910。Epub 2010年5月12日。 Nat Rev Mol细胞生物学。2010 PMID：20461095 没有可用的摘要。

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