文献报告第一弹：MCU线粒体转运载体
大概，我们在研究生学习阶段都有这样一个可怕的经历：文献报告活动上不得不面对一屋子同龄伙伴们，讲述着别人研究成果的学术报告，但底下的听众却未必真正对你所讲的内容感兴趣。尽管文献报告的过程是无趣的可怕，但是通过这样的活动，能够迫使我们去搜索以及阅读我们平时可能不太必要去留意的文献，去看看别人的工作成果，带着钻研的精神去想想这些实验是怎么去做的，作者是如何根据这些结果得出那样的结论的，以及那些结论对于更广泛的领域有什么重要意义。文献报告活动迫使我们，尤其是年轻科学家们，要懂得批判性的提出问题，甚至敢于质疑那些比我们更有学问的科学家的结果，一切都是为了让我们去实践证明，去努力改进科学研究。保持欧罗拉一贯的科研精神，我决定推出两周一次的“文献报告”系列活动。考虑到即将到来的离子通道年会，我将会从一篇离子通道论文作为开首。同时，我们今年的年会新增了转运载体的议题，这篇论文将会讲述线粒体当中的钙离子转运载体。
MICU1和 MICU2通过对MCU活性发挥相反的作用以实现对线粒体钙单向转运体的微调
我选择的开篇论文是今年早些时候Patron等学者发表在Molecular Cell杂志上的《MICU1和 MICU2通过对MCU活性发挥相反的作用以实现对线粒体钙单向转运体的微调》。文章中作者测定了对线粒体钙单向转运体的调节因素。而之前已经有几篇相关文献报道存在一个调节亚基(MICU1)，既可作为MCU的活化因子，又可以作为其抑制子。此外，最近也有关于MICU2–MICU1同系物的相关报道，促使作者决定对MCU如何调节活性进行深入研究。
总体看来，作者的研究非常细致，实验设计很全面。作者在实验中综合运用了分子生物、免疫组学方法以及电生理技术证明其结论。利用免疫印迹（western blotting）结合MICU1或者MICU2基因敲除，作者证实了这两种蛋白可以形成异质二聚体，与MCU发生相互作用（MCUs在PULL DOWN实验中产生免疫共沉淀现象）。这一结论得到共聚焦显微技术的共定位实验以及FRET实验进一步证实。作者通过创造基因敲除条件以及过表达条件、在不同浓度胞浆钙离子浓度下监测膜电位的变化，探讨这类蛋白质在细胞中的角色。结果发现MICU1过表达可以刺激钙离子通过脂双层进行迁移。奇怪的是，MICU1的沉默反而能引起更大量钙离子的迁移，与之前的报道一致[2,4]。同样令人惊奇的是，当MICU1被沉默，作者在细胞内也检测不到任何的MICU2蛋白，推测MICU1与胞内的MICU2蛋白稳定性相关（因为在MICU1基因沉默的细胞内可以检测到MICU2的mRNA，但没有检测到MICU2蛋白）。当细胞内只沉默MICU2而表达MICU1的时候，观察到跟单独沉默MICU1的钙离子流现象，说明对MCU真正起门控作用的是MICU2，而不是MICU1。而如果没有钙离子存在，离子通道活性也检测不到，说明钙离子本身也是一个信号分子。
基于以上的实验结果，作者推测存在这样一个机制，在低浓度胞浆钙离子存在情况下，MICU2起到门控作用，使MCU保持关闭。MICU1和MICU2都存在一个EF-hand域，可以根据Ca2+结合而引发构象改变，当胞浆内钙离子水平升高，MICU1中钙离子结合位点被占据，导致蛋白构象改变使MCU打开，同时钙离子结合上MICU2则引发抑制作用，导致线粒体内钙的积累。
虽然作者认为由于钙离子的结合导致蛋白质构象发生变化，但这样的改变机制尚有待证实。不过，构象变化机制的研究不属于文章讨论的范围。由钙离子结合EF-hand域引发构象变化的已经得到很好的阐述，尤其是在钙调蛋白的研究中。同时，作者并没有排除其他调节蛋白与MCU-MICU1-MICU2复合体发生相互作用，文中提及的这一有趣的调节机制尚待进一步研究证实。
钙离子信号在生理调节中起到十分重要的作用。普遍认为，在进行调节作用的情况下，钙离子被释放到细胞质基质中，导致线粒体吸收并积累钙离子（以激活钙离子敏感脱氢酶以及促进ATP的生成）。MICU1功能丧失被认为与脑功能紊乱和肌肉紊乱相关，以及缺血之后重新灌注引发的心肌损伤相关。文献报道中关于线粒体吸收钙离子的作用以及机制的发现通常令人不解甚至相互矛盾，我们只能开始搞懂转运载体在其中起到的重要作用。
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1. Patron M., Checchetto V., Raffaello A., Teardo E., Reane D.V., Mantoan M., Granatiero V., Szabo I., De Stefani D., Rizzuto R. (2014) MICU1 and MICU2 Finely Tune the Mitochondrial Ca2+Uniporter by Exerting Opposite Effects on MCU Activity. Mol Cell. 53(5): 726-737.
2. Perocchi F, Gohil VM, Girgis HS, Bao XR, McCombs JE, Palmer AE, Mootha VK. (2010) MICU1 Encodes a Mitochondrial EF Hand Protein Required for Ca(2+) uptake. Nature. 467: 291-296.
3. Csordas G, Golenar T, Seifert EL, Kamer KJ, Sancak Y, Perocchi F, Moffat C, Weaver D, de la Fuente Perez S, Bogorad R, Koteliansky V, Adijanto J, Mootha VK, Hajnoczky G. (2013) MICU1 Controls Both the Threshold and Cooperative Activation of the Mitochondrial Ca2+ Uniporter. Cell Metab. 17: 976-987.
4. Mallilankaraman K, Doonan P, Cardenas C, Chandramoorthy HC, Muller M, Miller R, Hoffman NE, Gandhirajan RK, Molgo J, Birnbaum MJ, Rothberg BS, Mak DO, Foskett JK, Madesh M.. (2012) MICU1 is an essential gatekeeper for MCU-mediated mitochondrial Ca(2+) uptake that regulates cell survival. Cell. 151: 630-644.
5. Plovanich M, Bogorad RL, Sancak Y, Kamer KJ, Strittmatter L, Li AA, Girgis HS, Kuchimanchi S, De Groot J, Speciner L, Taneja N, Oshea J, Koteliansky V, Mootha VK. (2013) MICU2, a paralog of MICU1, resides within the mitochondrial uniporter complex to regulate calcium handling. PLoS ONE. 8: e55785.
6. Logan CV, Szabadkai G, Sharpe JA, Parry DA, Torelli S, Childs AM, Kriek M, Phadke R, Johnson CA, Roberts NY, Bonthron DT, Pysden KA, Whyte T, Munteanu I, Foley AR, Wheway G, Szymanska K, Natarajan S, Abdelhamed ZA, Morgan JE, Roper H, Santen GW, Niks EH, van der Pol WL, Lindhout D, Raffaello A, De Stefani D, den Dunnen JT, Sun Y, Ginjaar I, Sewry CA, Hurles M, Rizzuto R; UK10K Consortium, Duchen MR, Muntoni F, Sheridan E. (2014) Loss-of-function mutations in MICU1 cause a brain and muscle disorder linked to primary alterations in mitochondrial calcium signaling. Nat. Genet. 46(2): 188-93.
7. Dunchen MR. (2004) Roles of Mitochondria in Health and Disease. Diabetes. 53(1): 96-102.
