本期文献
Mass Control Genes Buffer a Conserved Sublinear Scaling Law Linking Single-Cell Dry Mass to Mitochondrial Redox Efficiency
本研究利用定量相位显微镜和基因编码代谢探针，在多种真核细胞类型中同步测量了单细胞干质量与线粒体氧化还原效率。研究发现，从芽殖酵母到小鼠和人类细胞，单细胞质量与线粒体氧化还原效率呈亚线性幂律缩放关系。遗传和药理学干扰线粒体氧化还原平衡会可预期地改变系数k和指数y，但保持缩放律不变，表明生物量积累与线粒体氧化还原效率之间存在因果耦联。研究还发现单细胞质量和线粒体氧化还原效率均呈现对数正态分布，支持生物量积累是指数过程的先前理论。酵母基因敲除筛选鉴定出81个质量控制基因（MCGs），这些基因破坏单细胞质量的对数正态性，且富集于线粒体代谢和嵴维持相关功能，而与细胞周期相关的较少。保守的MCGs（包括人TRIAP1、ATPAF1和ACO1）也能维持人类单细胞质量对数正态性及其与线粒体氧化还原效率的亚线性缩放。这些发现揭示了单细胞水平共有的生物能量学原理及研究新技术，为理解细胞质量控制、代谢耦联和疾病相关生长调控提供了定量框架。
Structural basis for the selective inhibition of the PI3KC3-C2 complex by Rubicon in endolysosome maturation and mitophagy
Rubicon是自噬和内溶酶体网络的负调控因子，也是III型磷脂酰肌醇3-激酶复合物II（PI3KC3-C2）的拮抗剂。抑制Rubicon被认为是通过上调自噬和内溶酶体网络来治疗帕金森病等疾病的潜在策略。Rubicon特异性作用于含UVRAG的PI3KC3-C2复合物，而非含ATG14的自噬相关PI3KC3-C1复合物。本研究解析了PI3KC3-C2与Rubicon的PI3KC3结合域（PIKBD）复合物的高分辨率冷冻电镜结构，并与未结合的PI3KC3-C2和PI3KC3-C1的冷冻电镜结构进行比较。Rubicon仅通过BECN1亚基的BARA结构域直接结合PI3KC3-C2，该结构域在C1和C2复合物中是共有的。Rubicon对PI3KC3-C2相对于PI3KC3-C1的选择性，归因于UVRAG诱导的BECN1 BARA结构域构象，而非与UVRAG的直接接触或ATG14亚基的直接拮抗。通过定点突变破坏Rubicon与PI3KC3-C2的结构界面，可在人上皮细胞中将线粒体自噬活性提升至与Rubicon敲除细胞相当的水平。同样，在过表达Rubicon的海马神经元中破坏该相互作用可将溶酶体通量恢复至野生型水平。这些数据表明，抑制PI3KC3-C2的功能可以完全解释Rubicon在自噬和内溶酶体网络途径中的负调控作用。
HAX1 drives assembly and activation of the mitochondrial intermembrane space chaperone CLPB
多细胞后生动物谱系在线粒体膜间隙获得了一种新型伴侣蛋白——AAA+解聚酶和重折叠酶CLPB。尽管尚不清楚它们如何共同发挥作用，但CLPB与 intrinsically disordered 的膜间隙蛋白HAX1相互作用并共享疾病和细胞表型；任一基因功能缺失均可导致严重先天性中性粒细胞减少以及神经病理，并使膜间隙及其边界膜中许多蛋白变得不溶。通过生化重构，本研究发现HAX1是CLPB的直接刺激性辅因子。HAX1促进CLPB寡聚化为有活性的解聚酶，并刺激寡聚复合物的ATP酶和重折叠酶活性。HAX1内的短肽是直接与CLPB锚蛋白结构域相互作用所必需的，但刺激CLPB活性还需要HAX1的其他元件。对CLPB和CLPB-HAX1寡聚体的表征表明，HAX1将CLPB的主要寡聚状态从十二聚体转变为表观六聚体并伴随HAX1的结合，提示这种较小的寡聚体在CLPB功能循环中很重要。
Genome mining reveals a sporulation associated protein with ferredoxin NADP+ reductase activity in Clostridium pasteurianum: structural and kinetic characterization
铁氧还蛋白NADP还原酶（FNRs）是广泛存在的黄素酶，催化铁硫铁氧还蛋白与吡啶核苷酸库之间的可逆电子传递，在光合作用、固氮和活性氧解毒等多种氧化还原代谢途径中占据核心地位。尽管五十多年前就已在巴氏梭菌细胞提取物中证实FNR活性，但编码该活性的基因一直未被鉴定。本研究以结构已表征的还原酶中保守的FAD和NAD(P)相互作用残基为搜索模板，对巴氏梭菌基因组中全部3797个预测蛋白进行了系统生物信息学筛选，鉴定出一个候选基因AQ984_05830，其注释为芽孢形成蛋白但包含所有六个预测的辅因子相互作用残基。异源表达和细胞色素c还原实验证实了铁氧还蛋白依赖性还原酶活性，野生型kcat为0.007 min⁻¹，比典型FNR低数个数量级。并行全基因组筛选进一步揭示了一系列铁氧还蛋白样载体，提示巴氏梭菌将氢衍生电子分配到多个铁氧还蛋白中以满足不同代谢命运，其中NADP还原是CpFNR的功能之一。对五个预测辅因子相互作用残基的两氨酸扫描突变分析显示，K68A和K73A突变消除活性，而T64A、T185A和S202A突变使NADH的催化效率（kcat/Km）提高14至18倍。AlphaFold结构预测结合SwissDock和ClusPro分子对接模拟将FAD结合位点置于NAD(P)H和铁氧还蛋白结合结构域之间的中心位置，符合预期的电子中继架构。对有益突变的结构分析表明，破坏柔性环（残基186-199）侧翼氢键可将构象效应传递至NAD(P)H结合环，从而解释底物亲和力的改善。这些发现扩展了FNR超家族的已知功能多样性，并提示巴氏梭菌内生孢子形成过程中存在未被认识的氧化还原调控作用。
Protonation- and substrate-regulated dimer opening couples brain-type creatine kinase to vesicular and actin-remodeling membranes
脑型肌酸激酶（CK-BB）通过ATP与磷酸肌酸之间的可逆磷酸转移来缓冲局部ATP需求，然而这种可溶性代谢酶如何与动态膜区室耦联仍不清楚。本研究整合免疫荧光显微镜、DEER光谱、氢-氘交换、天然质谱、DEER和AlphaFold引导建模以及长时间尺度分子动力学模拟，定义了人CK-BB的酸和底物调控的构象景观。酸化使内源性和重组CK-BB从弥散胞质池重新分布到点状囊泡结构和膜皱褶。DEER和建模揭示了一个空间不对称二聚体，其凸面保持相对受限，而凹面催化-调控表面则采样pH和底物依赖的构象中间态。本研究确定渐进式二聚体开放是一种新调控机制，酸性pH和底物结合增加凸面及NTD-NTD界面的动力学，并使His191/Ser199模块对梯度pH依赖的交换敏感。底物结合缓冲酸诱导的去保护，同时维持该调控界面附近的局部动力学。综合这些数据支持一个模型：质子化和底物占据产生膜胜任的CK-BB构象，将局部ATP再生与弯曲的囊泡和肌动蛋白重塑膜耦联。