缺氧/复氧对线粒体功能和动力学的调控机制

Mitochondria are intracellular organelles that play a critical role in cellular energy production. The hypoxia-reoxygenation-induced abnormalities in mitochondrial metabolic function and the ensuing changes in mitochondrial morphology are widely believed to be important pathogenic factors that underline ischemic cell injury in various tissues, including the brain, kidney and liver. However, the underlying mechanisms that changes in mitochondrial morphology modulate the mitochondrial and cellular function during hypoxia-reoxygenation are unclear. We found that hypoxia-reoxygenation resulted in mitochondrial fusion inhibition and the formation of a special toroidal mitochondrial morphology-donut (X Liu et al.,Cell Death & Differ). Our project will study the mechanism from molecular, subcellular and cellular levels, including (1) the regulation of hypoxia-reoxygenation on mitochondrial function; (2)the regulation of hypoxia-reoxygenation on mitochondrial morphology and mitochondrial fusion-fission dynamics; (3)the mechanism and function of donut formation. This research will demonstrate the regulation mechanism of hypoxia/reoxygenation on mitochondrial morphology and function, and also the relationship between them, rule out the mitochondrial response mechanism to hypoxia/reoxygenation, and lay a novel theoretical foundation of pathological study on ischemia-reperfusion.

线粒体是真核生物的重要细胞器,是生成ATP的"能源工厂"。缺氧/复氧引起的线粒体代谢功能紊乱及线粒体结构改变被认为是心脑肾等细胞缺血性损伤的关键病理原因, 然而缺氧/复氧如何引起线粒体形态的变化来调节线粒体功能和细胞功能一直不清楚。我们已经发现缺氧/复氧导致线粒体融合功能的抑制，并呈现出一种特殊的线粒体环状形态- - donut(X Liu et al., Cell Death & Differ)。本项目将从分子，亚细胞器，细胞等不同层次全面研究缺氧/复氧对线粒体功能和线粒体动力学及特殊形态donut的调控机制，包括（1）缺氧/复氧对线粒体功能的调控；（2）缺氧/复氧对线粒体的形态和融合分裂的动力学的调控；（3）线粒体donut的形成机制和意义。本研究将阐述缺氧/复氧对线粒体形态和功能的调控，及两者的作用关系，揭示线粒体对缺氧/复氧的应答机制，可望为细胞缺血-再灌注损伤病理的研究奠定理论基础。

缺氧/复氧这一重要的病理条件下线粒体发挥了重要的作用，而缺氧/复氧对线粒体形态和功能的调控有待进一步的研究。本项目以任务书内容为依托，以前期研究工作为基础，从分子、亚细胞器、细胞等不同层次全面深入研究缺氧/复氧对线粒体动力学和功能的调控机制并阐明其重要意义。在四年的积极研究中，已完成项目计划中所有内容，并且在这基础上，进一步对Donut形成进行了建模。本项目阐述了缺氧/复氧对线粒体形态和功能的调控，及两者的作用关系，揭示线粒体对缺氧/复氧的应答机制，为细胞缺血-再灌注损伤病理的研究提供了理论基础。在成果方面，本项目相关研究工作发表在Cell Metabolism、Hepatology、EMBO Reports等国际知名杂志上，共发表SCI论文9篇。在人才培养方面，三名硕士、及三名博士研究生参与到该项目，其中杨亮、李胜彪于2015年7月博士毕业、包飞翔于2016年7月博士毕业，刘文波、刘西银、李玉星于2013年7月硕士毕业。