PNAS：為什么線粒體保留自身基因組？

　　這聽起來像科幻小說，認為人體內的每一個細胞都是由一個具有基因組的微小細胞器所占據，我們與其存在共 生關系。但是在現實中，真核生物的生命依賴于線粒體，它以三磷酸腺苷的形式給細胞提供能量（ATP）。幾 千年來，線粒體的基因組是在最小基因含量的選擇下進化的，但是研究者們一直無法確定“為什么有些線粒體基因（而不是所有的線粒體基因）被轉移到細胞核基因組中”。

　　對于這一現象，一項國際合作研究產生了一個有趣的假說：線粒體基因組編碼疏水膜蛋白，如果它是在細胞核中編碼，就會被信號識別顆粒（SRP）過濾，并被錯誤地引入內質網中。研究人員進行了一項研究，來探索他們的假設，并將其研究結果發表在七月二十日的《PNAS》。

　　為了預測一個蛋白是否將被SRP靶定，研究人員計算了跨膜蛋白的自由插入能量，如果得分為零或更少，則被 認為是疏水性。較高的分數被認為是輕微的疏水性。如果一個跨膜蛋白結構域（TMD）得分是疏水性，并且長度大于120個氨基酸，研究人員就預測它會被SRP捕獲并被引導到內質網中。

　　研究人員在細胞質中表達了這些蛋白，并確定它們是被SRP捕獲并被引導入內質網中。此外，研究人員發現，這些疏水性蛋白質被錯誤地引向內質網的可溶性介質中，可導致形成異常的蜂窩結構，類似于病毒感染過程中 觀察到的結構。作者寫道：“我們推斷，超過120個氨基酸的疏水性膜蛋白的編碼基因，可能保留在不同的細 胞器基因組中，以確保這些蛋白質的正確定位，并避免被運輸到內質網中。”

　　因此，研究人員得出結論，選擇防止疏水性蛋白質錯誤引入內質網，至少對線粒體基因組的保留，構成了一個主要的選擇性約束。他們通過將其與植物葉綠體中的類似膜動力學進行比較，支持這一研究結果。

　　先前的研究已經表明，三分之一的線粒體蛋白，已經發生了進化，以響應不同物種的特定環境約束。這些蛋白質中的大部分與運輸、調控和膜功能有關。目前的研究結果與這些研究結果是一致的。

　　在罕見的情況下，普通的線粒體基因已經轉移到核基因組中，其證據一直都是一個謎。目前的研究結果提出了一種解釋：在轉移發生的這些物種中，這些特定的蛋白質表現出疏水性減少。

　　臨床應用包括，開發某種方法來治療人類的線粒體遺傳疾病，如Leber遺傳性視神經病變。作者寫道：“總的來說，雖然可能還涉及其他因素，但這些結果解決了長期存在的關于‘有氧線粒體和光合葉綠體為什么需要不同區劃的基因組？’的問題。”