研究揭示了线粒体翻译和细胞质翻译之间的新型串扰机制

蛋白质是生命的基本物质。指导蛋白质合成的遗传密码存储在DNA中。当指示细胞时，代码信息从DNA转移到mRNA。然后，关于mRNA的信息进一步转移到蛋白质上。哺乳动物细胞中有两组蛋白质翻译系统- 细胞质翻译系统和线粒体翻译系统 - 两者都由核糖体，tRNA和翻译因子组成。翻译系统根据mRNA的信息将mRNA翻译成具有生物活性的蛋白质。然而，细胞质翻译系统和线粒体翻译系统之间的协调机制一直是个谜。

题为“哺乳动物伸长因子4调节精子发生必需的线粒体翻译” 的研究论文于2016年4月11日在线发表在“ 自然结构与分子生物学 ”杂志上。它描述了线粒体翻译与细胞质翻译之间的串扰机制。线粒体翻译延伸因子4(mtEF4)是蛋白质翻译中的质量控制因子。尽管蛋白质在进化过程中高度保守，但某些模式生物体中先前的mtEF4基因敲除并未显示出显着的表型变化。在这项研究中，通过使用系统性mtEF4基因敲除小鼠模型，研究人员发现mtEF4敲除会破坏雄性小鼠生殖细胞中的氧化磷酸化功能，从而导致雄性不育。

进一步的研究发现mtEF4被敲除后线粒体蛋白质翻译的比率增加。然而，价格是蛋白质的较低“合格率”和较短的蛋白质半衰期。为了与“加速的”线粒体翻译保持同步，体细胞激活mTOR信号传导途径以加速细胞质翻译和平衡线粒体翻译。通过这种方式，体细胞成功地解决了高速线粒体翻译的负面影响。

相反，mTOR信号通路不能在种系细胞中被激活，因为生殖细胞的线粒体复合物组装不能组装，并且精子成熟过程在圆形精子阶段停滞，最终导致雄性不育。

该研究揭示了细胞内新的信息交换机制(见下图)：mTOR信号通路平衡线粒体翻译和细胞质翻译之间的动态。当线粒体翻译速率增加时，mTOR信号传导途径被激活，这导致细胞质蛋白质翻译速率的增加以抵消来自增加的线粒体翻译的压力，因此代表了新的进化适应机制。此外，本研究揭示了男性不育的新原因，对男性不育的临床治疗具有重要价值。

该研究涉及许多机构的合作，包括生物物理研究所(IBP)，动物研究所，军事医学科学院，天津科技大学等机构。生物物理研究所和中国科学院分别是第一和第二机构。秦燕教授(IBP)是通讯作者。高燕燕和白秀峰是本文的共同第一作者。这项工作得到了中国科技部，国家自然科学基金和中国科学院重点项目的支持。