Superresolution microscopy reveals spatial separation of UCP4 and F0F1-ATP synthase in neuronal mitochondria

doi:10.1073/pnas.1415261112

.2015年1月6日；112(1):130-5.

doi:10.1073/pnas.1415261112。 Epub 2014年12月22日。

超分辨显微镜显示神经元线粒体中UCP4和F0F1-ATP合成酶的空间分离

恩里科·克罗茨奇¹, 艾琳娜·斯莫罗德琴科², 卢卡斯·洛弗勒^三, 鲁道夫·莫尔济奥⁴, 埃琳娜·帕金森^三, 格哈德·施瓦茨¹, 埃琳娜·波尔⁵

附属机构

¹维也纳理工大学应用物理研究所，奥地利维也纳A-1040；和enricoklotzsch@gmail.com网站 schuetz@iap.tuwien.ac.at elena.pohl@vetmeduni.ac.at。
²生理学、病理生理学和生物物理学研究所。
^三维也纳理工大学应用物理研究所，奥地利维也纳A-1040；和。
⁴医学生物化学，兽医大学，奥地利维也纳A-1210。
⁵生理学、病理生理学和生物物理学研究所enricoklotzsch@gmail.com schuetz@iap.tuwien.ac.at elena.pohl@vetmeduni.ac.at。

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超分辨显微镜显示神经元线粒体中UCP4和F0F1-ATP合成酶的空间分离

恩里科·克罗茨奇等。美国国家科学院院刊. 2015.

.2015年1月6日；112(1):130-5.

doi:10.1073/pnas.1415261112。 Epub 2014年12月22日。

作者

恩里科·克罗茨奇¹, 艾琳娜·斯莫罗德琴科², 卢卡斯·洛弗勒^三, 鲁道夫·莫尔济奥⁴, 埃琳娜·帕金森^三, 格哈德·舒茨¹, 埃琳娜·E·波尔⁵

附属机构

¹维也纳理工大学应用物理研究所，奥地利维也纳A-1040；和enricoklotzsch@gmail.com schuetz@iap.tuwien.ac.at elena.pohl@vetmeduni.ac.at。
²生理学、病理生理学和生物物理学研究所。
^三维也纳理工大学应用物理研究所，奥地利维也纳A-1040；和。
⁴奥地利维也纳A-1210兽医大学医学生物化学。
⁵生理学、病理生理学和生物物理学研究所enricoklotzsch@gmail.com schuetz@iap.tuwien.ac.at elena.pohl@vetmeduni.ac.at。

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摘要

由于不同的蛋白质竞争穿过线粒体内膜的质子梯度，因此需要一种有效的机制来将相关的化学势分配给不同的需求，例如ATP生成、产热、活性氧（ROS）的调节等，我们使用超分辨技术dSTORM（直接随机光学重建显微镜）观察了小鼠原代神经元中的几个线粒体蛋白，并验证了解偶联蛋白4（UCP4）和F0F1-ATP合成酶在空间上分离的假设，以消除对质子动力的竞争。我们发现UCP4、F0F1-ATP合成酶和线粒体标记物电压依赖性阴离子通道（VDAC）在不同线粒体中有不同的表达水平，支持线粒体异质性假说。我们的实验结果进一步表明，UCP4优先定位于VDAC附近，可能位于内界膜，而F0F1-ATP合成酶更集中地位于嵴膜。数据表明，UCP4不能竞争质子，因为它与质子泵和ATP合成酶都存在空间分离。因此，线粒体形态排除了UCP4作为氧化磷酸化解偶联剂的作用，但这与UCP4可能消散过量质子梯度的观点一致，而质子梯度通常与ROS生成有关。

关键词：直接随机光学重建显微镜；线粒体膜蛋白；质子扩散；活性氧物种；脱钩。

PubMed免责声明

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

数字

**图1。**
F的双色dSTORM图像₀F类₁-ATP合成酶、VDAC和UCP4。超分辨率图像成对显示(*A–C*)UCP4（用Alexa 488染色；绿色）和ATP合成酶（用Alexa 647染色；红色）和(*D–F型*)UCP4和VDAC（用Alexa 647染色；红色）。不同颜色的框表示放大的视图。对于每个蛋白质对，至少三个不同的图像进一步分析每个线粒体检测到的定位数量，并显示为UCP/ATP合成酶的散点图[(B类)神经元过程和(C类)神经元体]和UCP4/VDAC[(E类)神经元过程和（F）神经元体]。这些地块分为三个不同的扇区（I–III），分别覆盖0°至30°、30°至60°和60°至90°的角度。彩色圆点代表主要蛋白质簇：UCP4（绿点）、ATP合成酶（红点B类和C类)和VDAC（中的红点E类和F类). 黄色圆点表示集群（扇区II）内具有类似本地化数量的集群。百分比是指在各个扇区检测到的定位分数，而tot是指所分析的线粒体总量。

**图2。**
F的空间排列₀F类₁-单个线粒体内的ATP合成酶、COX、UCP4和VDAC。超分辨率图像(A类)ATP合成酶(B类)考克斯(C类)UCP4和(D类)显示了用Alexa 647染色并用dSTORM记录的VDAC。对于每个蛋白质，一个示例（*A–D*)显示为中的放大视图居中（绿色方框在*A–D*). 绿色框中的区域用高斯强度分布拟合，并以横截面图表示，其中包含每个蛋白质的半高宽。(E类)该方案显示了所分析的不同神经元区域（灰色）。在线粒体的放大图中，彩色椭圆代表CM（绿色）、IBM（紫色）和OMM（红色）。(F类)晶须盒图表示不同蛋白质分布的获得宽度（FWHM）的中位数、下四分位数和上四分位数；每个盒子包含至少50个神经元过程线粒体（白盒子）和神经元细胞体（彩色盒子）的数据。

**图3。**
IMM上的局部质子梯度方案(A类)低和(B类)高电位。虽然位于CM处的呼吸链蛋白（黄色）建立了质子梯度，但在CM处也发现了ATP合成酶（绿色），是它的主要消耗者。位于IBM的UCP4只有在质子梯度过度时才会耗尽沿着膜的质子梯度。蓝色区域表示局部质子浓度。MM，线粒体基质。

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