本期文献
NLRX1 is an essential, druggable regulator of mitochondrial permeability transition
线粒体通透性转换孔（mPTP）的分子组成仍有争议，几种有效的mPTP抑制剂通过未知的、不依赖亲环蛋白D（CypD）的靶点起作用。本研究以两种结构不同的优化脑渗透性mPTP抑制剂为化学探针，通过亲和化学蛋白质组学鉴定线粒体NOD样受体NLRX1为其共同靶点。两种化学型均能结合NLRX1，且结合效力与mPTP抑制活性一致。利用CRISPR-Cas9编辑的人细胞和Nlrx1-/-小鼠组织，证明NLRX1是正常钙诱导mPTP开放所必需的：其缺失提高钙阈值，过表达降低阈值，且不依赖CypD。NLRX1以化合物敏感的方式与推测的mPTP组分（包括ATP合酶和腺苷酸转运体）相关，并在较长时间尺度上维持线粒体蛋白质稳态。先导化合物GSK900口服可及、可透过血脑屏障，并在mPTP敏感的神经损伤模型中显示活性。这些发现确立NLRX1为必需的、CypD非依赖性线粒体通透性转换调节因子，并提供脑渗透性化学工具。
MOLECULAR BASIS FOR PINK1 MATURATION
PTEN诱导激酶1（PINK1）是线粒体自噬的关键调控因子，与帕金森病（PD）发病相关。PINK1在识别线粒体损伤后募集E3泛素连接酶Parkin，触发线粒体自噬。在自噬过程中，PINK1的数量、稳定性和活性必须受到严格调控，但细胞应激下这些参数的调控机制尚不清楚。本研究通过液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）鉴定PINK1相关蛋白，并利用冷冻电镜（Cryo-EM）解析复合物结构，确定了由热休克蛋白90/细胞分裂周期37/FK506结合蛋白51（HSP90/CDC37/FKBP51）伴侣复合物介导的PINK1成熟的结构基础。结果显示，FKBP51可能通过结合PINK1激活环上保守的亮氨酸-脯氨酸-苯丙氨酸（LPF）基序，负调控PINK1在线粒体自噬中的功能。位于FKBP51识别位点的PINK1突变与线粒体自噬缺陷相关，而特异性抑制FKBP51可部分挽救该缺陷。这些发现揭示了HSP90/CDC37/FKBP51伴侣复合物识别PINK1的一般机制，并提出了一种上调在PD中受损的PINK1活性的潜在策略。
Restoring mitochondria and associated chaperone function: New therapeutic strategies for neurodegenerative diseases.
神经退行性疾病已成为重大全球健康挑战，现有治疗仅能缓解症状，无法阻止疾病进展。线粒体功能障碍与分子伴侣网络失衡构成多种神经退行性疾病共有的核心病理机制，二者协同诱导能量代谢紊乱、氧化应激、钙稳态失衡和蛋白质稳态崩溃，共同驱动神经元退变。本文系统阐述了神经退行性疾病中线粒体功能障碍的核心特征，剖析了线粒体分子伴侣网络维持线粒体稳态的分子机制，总结了以恢复线粒体及相关分子伴侣功能为目标的治疗策略，讨论了当前面临的靶向递送和临床转化等挑战，并提出了未来的潜在发展方向。
RNA-dependent association of the pyruvate dehydrogenase complex with mtDNA-containing assemblies supports mitochondrial translation
线粒体DNA（mtDNA）编码氧化磷酸化机制的核心亚基，其表达具有空间组织性：基因组包装成拟核，周围聚集转录和线粒体核糖体组装过程。目前尚不清楚这种结构如何建立以及如何与细胞器代谢状态联系。本研究表明，在酿酒酵母中，丙酮酸脱氢酶复合物（PDHc）是该机制的一个组成成分。PDHc与mtDNA共纯化，存在于高分子量复合物中，其完整性依赖RNA而非DNA；邻近标记显示其选择性定位于线粒体核糖体附近。E1亚基Pda1集中形成离散斑点，这些斑点依赖mtDNA，并在线粒体翻译抑制时可逆地分散。丢失Pda1、Pdb1或Lat1（而非E3结合蛋白Pdx1）会损害mtDNA的维持；缺失PDA1、PDB1或LAT1也会降低线粒体编码报告基因的输出，且PDHc缺陷细胞对翻译抑制高度敏感。催化失活的Pda1和Lat1变体与野生型蛋白一样能有效挽救这两种缺陷，表明该功能与乙酰辅酶A合成在遗传上可分离。因此，PDHc作为RNA依赖性结构的非催化组分，支持线粒体基因表达。
Mind the Bend: Curved and Corrugated Cryo-Lamella for Improved Mechanical Resilience
制备电子透明冷冻薄片本质上是串行、低通量的过程。在样品处理、铣削和转移过程中，冷冻固定细胞及其支撑膜会受到机械力以及温度波动引起的热应力。铣削后，极薄的薄片仍然容易受到机械和热应力影响，常导致开裂或完全破碎。因此，珍贵薄片的丢失经常难以避免。本研究重新思考了传统薄片的几何形状——通常为平坦的薄截面切片。在铣削过程中，薄片常被意外弯曲，使最终抛光步骤变得复杂，难以实现整个宽度上的均匀减薄。为解决这一局限，作者提出有意制备预弯曲构型的薄片，即采用拱形轮廓而非传统平面几何形状。拱形结构本质上比平面结构具有更高的机械稳定性，从而减少因机械失效造成的薄片丢失。此外，预弯曲的铣削模式有助于对弯曲薄片进行均匀减薄，而传统平面铣削方法难以实现。除拱形外，研究还考察了波纹形薄片，其特征是围绕传统平面薄片平面呈正弦变化。与拱形类似，波纹设计比传统平面薄片具有更高的机械稳定性。作者制备了一系列包含拱形和波纹的测试薄片，并通过高分辨率冷冻透射电镜成像评估了这些结构，证明非平面几何不会损害冷冻电子断层扫描性能。此外，有限元模拟为弯曲和波纹薄片内的应力分布提供了见解。
DYNAMIC CONFORMATIONS IN THE ACTIVATION OF PINK1 KINASE
线粒体应激下线粒体激酶PINK1被激活并磷酸化泛素，从而招募E3连接酶Parkin，启动受损线粒体的清除；此通路失调与早发性常染色体隐性帕金森病相关，但PINK1响应线粒体应激的构象动力学与激活机制尚不清楚。本文报道赤拟谷盗PINK1（TcPINK1）通过激酶N-lobe与调控性C端结构域间相互作用形成特异性对称二聚体，这些二聚体在不同状态（自抑制、非活性中间、预激活和活性状态）间发生动态构象转换。TcPINK1还通过二聚体-二聚体相互作用进行侧向反式磷酸化。对称二聚体的形成对线粒体自噬中Parkin的招募至关重要。这些发现为理解PINK1在线粒体自噬中的构象可塑性和变构调节提供了框架。
ARCHER: Amortized cross-specimen pose estimation for cryo-electron microscopy
单颗粒冷冻电镜（cryo-EM）的姿势估计传统上需对每个数据集从头开始迭代求解。本文证明，当以参考体积为明确条件时，姿势推断是可泛化且与样本无关的操作。作者提出ARCHER，一种摊销对比分类器，可在离散旋转网格上对姿势后验进行建模；该分类器在不同蛋白质结构上训练后，无需针对新结构重新训练即可零样本运行。其可转移性基于傅里叶空间信息机制，所有样本依赖性均由参考结构的功率谱和空间范围捕获。ARCHER在100个保留测试结构上的中位角度误差为5.0°，在实验颗粒上为2.5°，在3D重建中与专用估计器相差0.16 Å以内。下游构象信号得以保留，主要的构象坐标与沉积基准相关系数为0.97，可忠实重建自由能盆地和移动结构域。这些结果表明cryo-EM姿势估计可跨不同结构泛化。
IBRV induces mitochondrial apoptosis via the ER-mitochondrial calcium axis mediated by unfolded protein response in MDBK cells.
牛传染性鼻气管炎病毒（IBRV）是导致牛严重疾病和重大经济损失的全球性病原体，但其通过内质网（ER）-线粒体串扰诱导宿主细胞凋亡的分子机制尚不清楚。本研究以牛肾细胞（MDBK）为体外模型，采用透射电镜、激光共聚焦显微镜、Western blot、流式细胞术、药理抑制和siRNA干扰等方法，发现IBRV感染破坏ER超微结构、上调ER应激标志物GRP78，并完全激活未折叠蛋白反应（UPR）的PERK、IRE1和ATF6三个核心分支。同时，IBRV显著促进ER-线粒体膜接触位点形成，触发ER过量释放Ca2+，导致线粒体Ca2+超载、ATP减少、线粒体膜电位崩溃和活性氧积累，最终激活caspase依赖性线粒体凋亡。抑制UPR信号或ER-线粒体Ca2+转运可显著减轻线粒体损伤、抑制凋亡并降低病毒蛋白表达。研究揭示了UPR-Ca2+-线粒体轴是IBRV诱导凋亡的关键通路，宿主UPR信号被IBRV利用以促进病毒复制，为抗IBRV策略提供了潜在靶点。
ARMC1 regulates mitochondrial fatty acid oxidation through theinsertase/scramblase MTCH2
MTCH2是定位于线粒体外膜的非典型溶质载体家族成员，拥有五个跨膜螺旋，其非典型拓扑形成膜可接近的亲水沟，可能与其蛋白插入酶和脂质爬行酶活性有关。MTCH2与脂质代谢、肥胖及饥饿诱导的线粒体过度融合相关。本文发现MTCH2是包含Armadillo重复蛋白ARMC1和DnaJ/Hsp40伴侣蛋白DNAJC11的复合物稳定组分。蛋白质交联、结构建模和分子动力学模拟显示，ARMC1的α螺旋C端结构域插入并与MTCH2亲水沟稳定结合，阻断其脂质爬行酶活性。饥饿诱导的线粒体脂肪酸氧化（FAO）受ARMC1-MTCH2相互作用负调控；ARMC1缺陷细胞中FAO增强，脂滴丰度显著降低，该表型严格依赖MTCH2，并可被ARMC1以CTD依赖方式逆转。此外，ARMC1还以不依赖CTD的方式调节溶酶体分布和自噬通量。数据支持MTCH2-ARMC1相互作用作为饥饿期间的代谢开关，调节脂肪储存与燃烧的平衡。
ClpXP Overexpression Boosts Mitochondrial Protein Degradation, Organismal Health, and Longevity Without Altering Stress Response in D. melanogaster
线粒体代谢是活性氧的主要来源，线粒体蛋白易受氧化损伤，线粒体蛋白稳态的维持依赖线粒体自噬和线粒体蛋白酶对受损蛋白的降解。本文在果蝇中同时过表达ClpX解折叠酶和ClpP蛋白酶亚基，以研究线粒体基质蛋白酶复合物ClpXP过表达的影响。来自过表达果蝇的线粒体蛋白提取物显示蛋白降解活性增加，导致电子传递链复合物II功能严重受损。但ClpXP过表达没有上调线粒体未折叠蛋白反应（UPRmt）相关下游基因，也未显著影响体内呼吸或氧化应激抗性。然而，clpX和clpP的轻度过表达显著提高成年期攀爬能力，并略微延长寿命，提示轻度增强线粒体蛋白降解（不依赖应激反应通路激活）可能足以改善健康指标并延长寿命。
Comparative electrostatic mapping of ATP synthase reveals species-dependent axial asymmetry
ATP合酶在高度结构化的静电环境中运作，但不同物种间其固有蛋白静电性质的比较信息仍然有限。本研究采用一致的泊松-玻尔兹曼工作流程，分析了来自17个物种的178个晶体学和冷冻电镜ATP合酶结构。计算揭示Fo-F1复合体上存在可重复的、物种依赖的轴向静电不对称性，在多个分类群中，入口侧轴向窗口（z=-10至+10 Å）与出口侧轴向窗口（z=+50至+70 Å）之间的平面平均电位差约为10-20 mV。可用的5个智人结构在该物种内展示出一致的轴向静电取向，而全物种数据集中则观察到更大的变异。模拟膜的低介电常数平板放大了这些特征，并表明静电景观对介电边界条件的敏感性。这些量被解释为静态的、基于结构的静电描述符，而非独立的膜电压或附加的质子动力势项。结果提供了ATP合酶的比较静电图谱，并提出了关于局部质子路径能量学、结构进化和抑制剂敏感性的可检验假说。
Atomic modeling of radiation damage in cryoelectron microscopy datasets
电子束对生物标本的损伤是冷冻电镜单颗粒分析中限制分辨率的基本因素，但目前尚无方法准确推断电子辐照过程中标本结构的通量依赖性变化。我们开发了一个贝叶斯框架，将一系列原子模型拟合到在递增通量下产生的一系列冷冻电镜重构中，能够推断大分子中每个原子作为通量函数的系综平均位置和原子位移参数。将该算法应用于冷冻电镜数据集，显示分子在成像过程中膨胀，并识别出环境依赖的束致损伤差异。我们利用结果提出了这一现象的随机过程模型。该方法有望增进对生物标本辐射损伤机制的理解，并可能有助于减轻其影响。
Mitochondrial-derived peptides (MDPs) activated by physical exercise as therapeutic targets for metabolic disorders: A systematic review.
2型糖尿病和代谢疾病在全球范围内增加，并与线粒体功能障碍紧密相关。线粒体衍生肽（如humanin和MOTS-c）在调节能量平衡和细胞应激反应中发挥作用。运动可通过线粒体依赖的信号通路改善代谢功能并刺激MDP合成。本系统综述检索了PubMed、Scopus、Web of Science和ScienceDirect四个数据库，纳入2016至2025年间研究MDP与运动的9项研究（按PRISMA标准筛选）。结果显示，大多数研究报告运动后MDP水平有升高趋势，但由于研究数量有限、设计、受试者特征和运动方案存在差异，这些发现需谨慎解读。现有证据表明体育锻炼可能提高MDP水平，与改善代谢功能、增加胰岛素敏感性和细胞能量代谢效率相关，但证据有限，尤其在人类研究中。需要进一步的对照临床试验和纵向研究来确认这些发现并评估MDP作为代谢疾病防治靶点的潜力。
Cryo-EM structures of apo human Factor XIa reveal catalytic-domain flexibility and exposure of the Factor IX-binding site
因子XI是凝血内在途径的关键蛋白酶，也是新兴的抗血栓靶点，但从酶原到活性因子XIa的结构转变尚不清楚。通过冷冻电镜，我们证明FXI激活导致同源二聚体的全局重组，超出激活环的范畴，包括催化结构域相对于苹果结构域平台的显著重定向。催化结构域呈现明显的构象异质性；我们鉴定了三种不同构象，提示FXIa以动态集合而非单一刚性状态存在。分子动力学分析表明，激活破坏了酶原中存在的CD间变构通讯，从而促进这种柔性。CD可塑性允许A3外位点动态暴露，促进因子IX的结合。与血浆激肽释放酶的比较提示，这种结构柔性可能是含苹果结构域的接触系统蛋白酶的共有特征。我们的结果揭示FXIa作为动态集合发挥作用，为理解底物识别和开发特异性FXIa抑制剂的新型非催化位点提供了结构框架。
Branched-chain amino acid fermentation as an alternative mammalian electron sink
缺氧破坏线粒体呼吸并提高NADH/NAD+比值，导致还原应激。为维持氧化还原稳态，哺乳动物细胞将电子转向发酵。尽管哺乳动物发酵通常涉及乳酸产生，我们鉴定出支链氨基酸发酵作为缺氧激活的替代电子汇。所产生的代谢产物经尿液排出，作为缓解还原应激的独特机制。BCAA发酵由乳酸脱氢酶催化，对NADH/NAD+比值高度响应。因此，BCAA发酵产物是还原应激的敏感生物标志物，适用于从抗阻运动到严重低氧血症的人类情境。此外，我们发现小鼠精子进化出高效的BCAA发酵，提供一种特定代谢策略，支持促进哺乳动物精子鞭毛过度活动的无氧电子流。该工作强调了BCAA在响应还原应激时一个未被充分重视的代谢去向。
Kinetic Control of Nuclear-encoded Mitochondrial mRNA Localization and Local Translation
大多数生物过程是动态的，但实验方法通常依赖稳态测量。RNA定位是真核细胞组织的基本方面，并受细胞动态调控。本研究利用具有高空间和时间分辨率的APEX-seq技术，在活细胞中转录组水平定量检测RNA运输对分子马达的依赖性，并聚焦于线粒体mRNA的定位。研究发现，大多数编码线粒体蛋白的核编码RNA定位于线粒体外膜进行局部翻译；基于动力蛋白的逆向运输对RNA定位至关重要，其短暂破坏即可导致定位显著丧失。局部RNA的翻译效率是决定其定位的关键因素。结合时间分辨数据和时空模型，研究揭示了线粒体外膜局部翻译受细胞动力学控制的机制，表明主动运输和翻译共同维持线粒体外膜定位的转录组，并识别出RNA向细胞膜定位是一种可快速调节局部翻译的机制，即使在非极化细胞中也是如此。
Mitochondrial Fusion Protein Mitofusin-2 Mediates the Protection of Fish Oil Against Porcine Intestinal Injury Induced by Deoxynivalenol.
背景：鱼油富含EPA和DHA，对人和动物的胃肠道疾病有益。目的：研究鱼油是否减轻脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON）诱导的断奶仔猪肠道功能障碍及线粒体分裂/融合相关蛋白的异常表达。方法：采用2×2因子设计，24头断奶仔猪分为4组，饮食处理分别为5%玉米油或鱼油，DON暴露为4 mg/kg或0。21天后收集肠道样品。IPEC-1细胞用41 μM EPA或38 μM DHA处理，伴或不伴0.5 μg/mL DON。使用靶向线粒体分裂/融合相关蛋白（Drp1、Mfn1、Mfn2）的siRNA探究分子机制。结果：鱼油改善了生长性能，增加了Drp1、Mfn1、Mfn2的表达，并恢复了DON暴露后仔猪的空肠形态、消化和屏障功能及线粒体功能。EPA或DHA减轻了DON暴露后IPEC-1细胞的损伤、线粒体功能障碍和细胞凋亡，并增加Drp1、Mfn1、Mfn2蛋白表达。在siDrp1和siMfn1存在下，EPA/DHA仍能减轻细胞损伤、线粒体功能障碍和凋亡，但在siMfn2存在下则不能。结论：EPA/DHA对DON诱导的肠道损伤的保护作用与Mfn2信号密切相关。
The Structural Basis of Malodorant Skatole Formation by the Glycyl Radical Enzyme Indoleacetate Decarboxylase
甘氨酰自由基酶利用翻译后安装的甘氨酰自由基辅因子催化具有挑战性的化学反应。吲哚乙酸脱羧酶（IAD）通过自由基机制将吲哚-3-乙酸脱羧形成臭味物质粪臭素。粪臭素不仅难闻，还是人和家畜的肺毒素、可疑致癌物和蚊虫吸引剂，影响人类健康、农业、食品生产和废水处理。本研究使用冷冻电镜解析了来自肠道细菌Olsenella uli的IAD的2.45 Å分辨率结构。IAD呈同源四聚体，四个原体均结合底物I3A。底物在活性位点的定位出乎意料，更支持Kolbe型脱羧机制，即由羧酸部分的一电子氧化启动，而非由氢原子转移启动。以往利用D2O中IAD测定中粪臭素的高氘含量来支持HAT机制，但本研究表明氘含量不一定能反映机制，因为IAD可在转化后催化粪臭素3'-甲基氢的交换。结构比较显示IAD和HPAD具有其他已表征GRE中未发现的结构特征，提示它们代表一个独特的GRE亚类。这些见解将有助于设计抑制IAD以减少粪臭素产生的抑制剂。
Structure of a dodecameric double-ferritin-fold protein from an Asgard archaeon
铁蛋白是普遍存在的铁稳态蛋白，通常形成具有八面体（4-3-2）对称性的保守24亚基笼。新型铁蛋白和铁蛋白样蛋白不断被发现，例如形成12亚基小壳的mini-细菌铁蛋白，以及作为铁氧化酶但不形成壳的双铁蛋白折叠蛋白。本研究描述了来自Asgard古菌的双铁蛋白折叠蛋白（dFTNs），并解析了来自Candidatus Heimdallarchaeum endolithica的代表性蛋白的冷冻电镜结构。该蛋白形成具有四面体（2-3）对称性的十二聚体壳。N端结构域和C端结构域通过有序接头桥接，并具有二重旋转假对称性。在经典铁蛋白中形成四倍通道的C端α-螺旋（螺旋E）在dFTN中被重新定位为铁蛋白结构域五个螺旋中的第2个螺旋，来自NTD的两个这样的螺旋和来自CTD的两个螺旋形成假四倍对称结构元件。四个三倍通道由NTD形成，另外四个由CTD形成。dFTN铁蛋白结构域的总体排列类似于经典铁蛋白壳中原体的排列。总体而言，这些发现扩展了已知铁蛋白家族蛋白的范围，并为Asgard古菌铁代谢提供了见解。
Proteolytic control of mitochondrial calcium transport by intermembrane-space proteases
线粒体膜间隙是线粒体钙（mCa2+）通量的关键调节界面。位于线粒体外膜和内膜之间，膜间隙将胞质Ca2+信号与调节性Ca2+摄取入基质联系起来。mCa2+稳态主要由线粒体钙单向转运体复合物和Na+/Ca2+交换体NCLX控制。然而，膜间隙调节事件（特别是膜间隙蛋白酶介导的蛋白水解重塑）是否控制该转运机制尚不清楚。本研究使用靶向十种膜间隙蛋白酶（NLN、ATP23、IMMP1L、IMMP2L、YME1L1、OMA1、LACTB2、PARL和HTRA2）的互补敲除和过表达方法，鉴定了蛋白酶特异性的mtCU组分和NCLX丰度重塑。转录组和蛋白质组分析表明，这些变化主要源于蛋白酶特异性控制转运蛋白的稳定性，而非仅转录调控。邻近标记蛋白质组学进一步揭示了膜间隙蛋白酶与mCa2+转运组分的空间关联。功能上，扰动膜间隙蛋白酶改变了mCa2+通量并降低了mCa2+保留能力，表明对Ca2+过载的缓冲受损。综上，这些发现将膜间隙蛋白酶确定为控制mCa2+运输的蛋白质稳态调控网络，并建立了线粒体蛋白质稳态与Ca2+稳态之间的机制联系。