科学家发现多能性获得中细胞器重塑的亚细胞水平事件

7月19日，国际学术杂志《自噬》（Autophagy）在线发表了中国科学院广州生物医药与健康研究院刘兴国研究组的最新研究成果BNIP3L-dependent Mitophagy Accounts for Mitochondrial Clearance during Three Factors Induced Somatic Cell Reprogramming。该研究以Yamanaka三因子介导的体细胞重编程为研究模型，在亚细胞水平发现了多能性获得中内涵体、自噬体、线粒体等细胞内膜系统膜转运，进行细胞器组分重塑和功能变化的规律。

“相濡以沫”，出自《庄子•大宗师》，指泉水干了，鱼之间吐沫互相润湿。细胞由具有丰富膜结构的细胞器构成，而多能干细胞在命运转变中细胞器之间如何相濡以“膜”，一直不清楚。细胞器是分布在细胞质内具有特定形态和功能的微结构，如线粒体、内涵体、自噬体、溶酶体等，它们相互协调，在细胞的代谢变化、信号转导、核质作用中发挥重要作用。体细胞作为特化细胞，需要特化的细胞器来发挥其功能，例如，体细胞大量的能量需求通过有氧呼吸进行，需要数量丰富，内嵴成熟的线粒体；相反，多能干细胞以细胞质的糖酵解为主，线粒体数目稀少，内嵴不成熟。至今，干细胞命运转变中细胞内膜系统的重塑，是一个尚不清楚的基本科学问题。

体细胞重编程技术不仅极大地推动了再生医学的发展，同时也为细胞命运决定的机理研究提供了一个理想的体外模型。刘兴国研究组以Yamanaka三因子“SKO（Sox2, Klf4, Oct4）”诱导的体细胞重编程模型，发现线粒体外膜受体BNIP3L在重编程的早期（第5-7天）发生瞬时的高表达，这一受体使线粒体被自噬体识别，吞噬，然后与溶酶体融合降解。这一过程不要依赖于线粒体电势的降低，暨单个线粒体被降解的命运抉择不依赖其功能良好或丧失，而依赖于外膜受体BNIP3L。进一步的研究表明，内涵体相关蛋白RAB5参与到了SKO重编程中线粒体发生自噬的膜结构mitophagosome的形成。

该研究展示了干细胞命运转换中内涵体、自噬体、线粒体、溶酶体等多细胞器的高度动态和相互作用，及在蛋白机器的精确调控下的时空重塑规律，并揭示了其相应的功能变化机制。

该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中科院、广东省、广州市项目的支持。（来源：中国科学院广州生物医药与健康研究院）

SKO重编程中的细胞器重塑