揭开细胞能量的秘密

身体所做的一切 - 你的大脑思考，心脏跳动，细胞生长 - 需要能量。因此，能源生产中断可能导致各种疾病，这一点也就不足为奇了。为了解决这个共同点，格拉德斯通研究所和加州大学旧金山分校(UCSF)的科学家团队由医学博士Ken Nakamura领导，转向生产细胞能量的分子动力植物，称为线粒体。

线粒体将饮食中的能量(糖，脂肪)转化为ATP(三磷酸腺苷)分子。然后细胞使用携带能量的ATP分子来为其功能提供动力。

在PLOS Biology上发表的一项新研究中，研究人员利用创新技术生成了第一个大规模的基因列表，这些基因控制着ATP分子中存储的细胞能量的产生。他们的研究结果可以更好地了解对制造细胞能量至关重要的途径，并可以确定新的药物靶点。

当细胞不能维持足够的ATP水平时，能量衰竭可能导致或导致疾病，包括线粒体疾病，心脏病，中风和神经退行性疾病。最需要能量的器官 - 大脑，心脏和肌肉 - 特别容易受到能量衰竭的影响，能量衰竭可能在几十年内逐渐发展，例如在阿尔茨海默病和帕金森病等神经退行性疾病中。

“尽管ATP对于我们的细胞起作用很重要，但我们对这种分子的水平如何被调节以及哪个基因参与该过程非常了解，”Gladstone的研究员和新研究的资深作者Nakamura说。“因此，很少有疗法可以解决细胞中常见的能量问题。”

到目前为止，科学家们缺乏表征能量调节基因所需的研究工具。在这项新研究中，Nakamura和他的团队首次结合了两项创新技术，以确定可能影响单个细胞内ATP水平的基因。

首先，研究人员使用CRISPR基因组靶向技术来关闭基因，在每个细胞中一次抑制一个基因。接下来，他们使用检测ATP水平的筛选工具对细胞进行分类。通过这种方式，他们发现了哪些基因可以增加或减少细胞中的ATP水平。

在对2,200多个基因进行测试后，他们将该列表缩小到156个最有效影响ATP水平的基因。

“我们发现一些基因对细胞维持健康的ATP水平特别重要，”该研究的第一作者，医学博士，博士，加州大学旧金山分校儿科助理教授，专门研究导致新陈代谢的基因突变。疾病。“这些关键节点已经被怀疑，但从未被广泛证实。我们还发现了一些以前从未被认为对制造能量很重要的基因。我们的发现也可能为个性化或精准医学的新方法铺平道路。”

辅酶Q10(辅酶Q10)天然存在于细胞中，有助于线粒体产生能量。它也是可用于治疗线粒体疾病患者的少数几种药物之一。然而，这种疗法仅在一小部分患者中有效，因此研究人员试图确定哪种突变对该药物反应最敏感。

Nakamura及其同事证明了哪些ATP调节基因受CoQ10影响，并相信他们的方法可以让他们找出哪些患者可能对这种或其他能量相关疗法反应最敏感。

调节ATP水平也是治疗癌症的有希望的治疗途径，因为某些癌细胞具有过多的能量，这使得它们能够以不受控制的方式生长。在这项研究中，科学家表明，关闭一种特定的能量调节基因可以阻止肿瘤细胞的生长。

“我们开发的筛查方法具有相当大的临床翻译潜力，”Nakamura说，他也是加州大学旧金山分校神经病学副教授。“它将帮助我们阐明异常能量代谢在各种疾病中的作用，并可能最终帮助我们设计出治疗这些挑战性疾病的新策略。”