分享一篇發(fā)表在ACS Central Science上的文章“Mitochondrial Thermogenesis Can Trigger Heat Shock Response in the Nucleus”，通訊作者是來自首爾國立大學(xué)的Hyun-Woo Rhee教授和來自延世大學(xué)的Jae-Seok Roe教授，Rhee教授課題組的研究方向是利用臨近標(biāo)記研究生物大分子的亞細(xì)胞定位，Roe教授課題組的研究方向是生物化學(xué)。
熱誘導(dǎo)多種生物事件，例如生化反應(yīng)和蛋白和脂質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)變化，生命系統(tǒng)可以精確地感知和響應(yīng)溫度變化。在外界熱應(yīng)激條件下，熱休克因子1 (HSF1)感知溫度的升高并發(fā)生結(jié)構(gòu)變化，調(diào)節(jié)熱休克蛋白（HSPs）的表達(dá)并幫助細(xì)胞存活。但是，哺乳動(dòng)物細(xì)胞是否能夠產(chǎn)生自身熱量來啟動(dòng)HSF1介導(dǎo)的熱休克反應(yīng)仍然未知。線粒體產(chǎn)熱是一種細(xì)胞內(nèi)活動(dòng)并用以維持體溫，然而線粒體產(chǎn)熱的更多生物學(xué)影響仍然未知。在本文研究中，作者使用質(zhì)子載體誘導(dǎo)線粒體通過氧還原反應(yīng)(ORR)來產(chǎn)熱，并且這種熱量可以被傳導(dǎo)到其他細(xì)胞器，例如細(xì)胞核。在脂肪細(xì)胞線粒體中，質(zhì)子通過質(zhì)子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(UCP1)直接進(jìn)入線粒體基質(zhì)，類似地可以通過線粒體解偶聯(lián)劑FCCP處理直接將質(zhì)子導(dǎo)入線粒體基質(zhì)，同樣可以啟動(dòng)線粒體產(chǎn)熱。為了驗(yàn)證其他亞細(xì)胞器是否受到ORR產(chǎn)生熱量的影響，作者通過多種熒光溫度計(jì)，發(fā)現(xiàn)FCCP誘導(dǎo)的線粒體產(chǎn)生的熱量可以傳遞到周圍空間和近端細(xì)胞器。HSF1在熱脅迫下可通過核“病灶”的形成而被激活，作者通過免疫熒光成像監(jiān)測了在FCCP處理后的內(nèi)源性HSF1的定位。結(jié)果表明，細(xì)胞核內(nèi)可以明顯觀察到內(nèi)源性HSF1灶的形成，這種模式與體外熱休克條件下HSF1灶的形成模式相當(dāng)。HSF1的激活和細(xì)胞內(nèi)熱量、pH值變化、 ROS的產(chǎn)生和蛋白毒性應(yīng)激有關(guān)。因此，作者決定研究線粒體熱是否是FCCP處理后引發(fā)HSF1灶形成的主要因素。首先，作者排除了pH的變化，因?yàn)橥ㄟ^pHluorin2探針測量，FCCP處理下的核pH保持在生理范圍內(nèi)。為了評估FCCP處理下ROS的生成，作者采用了基于ROS依賴性的APEX的系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)FCCP誘導(dǎo)的線粒體的ROS生成非常低，說明HSF1灶形成并不是因?yàn)?span style="padding: 0px; outline: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word !important;">ROS。為了便于在活細(xì)胞中觀察HSF1灶的形成，作者通過慢病毒感染制備了穩(wěn)定表達(dá)HSF1- EGFP細(xì)胞系，利用GFP熒光，通過實(shí)時(shí)共聚焦顯微鏡記錄了FCCP處理后HSF1-EGFP灶的形成和消失。通過后續(xù)的RNA-seq等實(shí)驗(yàn)，作者證明了到達(dá)細(xì)胞核的線粒體熱量啟動(dòng)了經(jīng)典熱休克反應(yīng)，包括核應(yīng)激顆粒的形成和HSF1在染色質(zhì)上的定位，激活的HSF1增加了哺乳動(dòng)物細(xì)胞中與熱應(yīng)激反應(yīng)相關(guān)的基因表達(dá)水平。綜上，本研究提出細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的熱量是線粒體-細(xì)胞核通訊的潛在來源，并擴(kuò)大了人們對線粒體在細(xì)胞生理學(xué)的理解。https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscentsci.3c01589原文引用：DOI：10.1021/acscentsci.3c01589
