酵母核基因产物对线粒体ATP合酶组装的调控机制研究

Studying the molecular mechanism of how nuclear genes regulate biogenesis and assembly of mitochondrial ATP synthase plays important roles for understanding pathogenic mechanism of mitochondrial diseases caused by ATP synthase deficiency. Budding yeast Saccharomyces cerevisiae is one of the model systems for studying the mechanism of biogenesis and assembly of mitochondrial ATP synthase. Previous work of the current project principle investigator showed that yeast nuclear genes ATP23 and ATP10 coordinate to regulate assembly of mitochondrial ATP synthase but its regulatory mechanism remains unclear. By constructing and analyzing different yeast mutants using molecular biology, biochemistry and cell biology methods, the current project focuses on studying how ATP23 and ATP10 coordinate to regulate assembly of ATP synthase. Moreover, by obtaining and analyzing revertants of ATP23 null mutant using cell biology methods, the current project also aims to explore methods of rescuing ATP23 mutants and find gene(s) whose functions can complement ATP23 mutants This study will enhance our knowledge about the regulatory mechanism of nuclear gene products for assembly of mitochondrial ATP synthase, and it will also provide new ideas and methods for understanding and curing of some unknown mitochondrial diseases.

研究核基因产物调控线粒体ATP合酶的生物合成和组装的分子机制对于了解由于ATP合酶缺陷引起的线粒体疾病的致病机制具有重要意义。基于酿酒酵母是研究线粒体ATP合酶生物合成和组装机制的模式实验材料之一和本项目负责人前期研究结果表明酿酒酵母核基因ATP23和ATP10编码产物可以协同调控线粒体ATP合酶的组装但其具体机制还不清楚，本项目拟通过综合运用分子生物学、生物化学和细胞生物学方法构建和分析不同酵母突变体，研究ATP23与ATP10编码产物共同调节ATP合酶组装的协同调控机制；同时通过建立和分析ATP23缺失突变体的回复突变体库，探索挽救ATP23缺失突变体的办法并寻找能够与ATP23发生功能互补的基因。此研究将进一步揭示核基因产物调控线粒体ATP合酶组装的分子机制，并且为一些致病机制尚未知的线粒体疾病的研究和治疗提供新的思路和方法。

线粒体ATP合酶是参与氧化磷酸化催化产生ATP的关键酶。线粒体ATP合酶的生物合成和组装受很多核基因编码产物的调控。研究核基因产物调控线粒体ATP合酶的生物合成和组装的分子机制对于了解由于线粒体ATP合酶缺陷引起的线粒体疾病的致病机制具有重要意义。本项目负责人前期研究发现酵母核基因编码蛋白Atp23p和Atp10p可以协同调控线粒体ATP合酶的组装，但其协同调控机制还不清楚。因此本项目拟通过综合运用分子生物学、生物化学、细胞生物学等方法研究Atp23p与Atp10p共同调节ATP合酶组装的协同调控机制且通过筛选并分析ATP23缺失突变体的回复突变体的方法探索挽救ATP23缺失突变体的办法，以进一步揭示Atp23p与Atp10p协同调控线粒体ATP合酶组装的分子机制并找到挽救ATP23突变的途径。. 经过本项目的研究发现缺失ATP10时Atp23p的蛋白表达量显著上升，且过量表达Atp23p可以挽救ATP10缺失突变, 并且Atp23p的水解酶功能和协助线粒体ATP合酶组装功能这两个功能对于挽救ATP10缺失突变都是必需的。同时发现Atp10p的协助线粒体ATP合酶组装功能可以与Atp23p的协助ATP合酶组装功能互补。这些结果揭示了酵母线粒体内两种核基因编码的蛋白Atp23p和Atp10p在体内可以协同调控线粒体ATP合酶的组装，且相互之间有一定的代偿能力。同时我们通过筛选和分析ATP23缺失突变回复突变体的方法找到了另外一个线粒体DNA COX1的定点突变可以挽救ATP23缺失突变。因此我们的研究进一步揭示了核基因产物调控线粒体ATP合酶组装的分子机制，并且为一些致病机制尚未知的线粒体疾病的研究和治疗提供新的思路和方法。