Lon蛋白酶降解线粒体DNA转录因子A的分子机制研究

Lon 蛋白酶是一种依赖于ATP的线粒体丝氨酸蛋白酶，普遍存在于各种生物体中，它在进化过程中高度保守,对于维持线粒体DNA(mtDNA)的稳定及降解线粒体内错误折叠，氧化损伤等所致的异常蛋白及过量或已经完成其使命的蛋白起着关键作用。线粒体蛋白的这种质量控制确保了线粒体功能的正常发挥。但是，Lon 蛋白酶降解线粒体蛋白的机制至今还不是很清楚。线粒体转录因子A（TFAM）是核基因编码的蛋白质,对于线粒体DNA的转录和复制极为重要，因此控制其在线粒体中的水平对于细胞的代谢至关重要。在线粒体DNA缺失的细胞中,TFAM的mRNA的量并没有改变,但蛋白的水平大大降低,这表明如果细胞缺失mtDNA, TFAM将会很快被降解,通过本课题的研究将可以明确TFAM在线粒体中被降解的分子机制，有助于进一步确定Lon降解其它线粒体蛋白的分子机制。

Lon蛋白酶是一种高度保守的，依赖于ATP的线粒体蛋白酶，对于维持线粒体DNA（mtDNA）的稳定以及降解线粒体基质中异常蛋白十分关键。我们构建了线粒体DNA极低的HeLa细胞，发现线粒体转录因子A（TFAM）不与线粒体DNA结合，成为游离的mtDNA时，会迅速被Lon蛋白酶降解；TFAM的HMG1结构域可以被PKA磷酸化，磷酸化修饰损伤了TFAM与mtDNA的结合，这导致TFAM被降解。通过RNAi敲减mtDNA极低的细胞中Lon蛋白酶水平，可以使细胞中TFAM蛋白增加，并进一步增加mtDNA的量。我们发现一些蛋白酶体抑制剂也可以抑制Lon蛋白酶的活性；此外我们还发现，中药川芎嗪可以抑制Lon蛋白酶对TFAM的降解作用，并初步确定其作用机制可能是通过与Lon和/或TFAM的直接结合。为进一步以Lon蛋白酶作为靶点治疗肿瘤及寻找新的抗肿瘤药物提供了理论依据。