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PTEN诱导的激酶1(PINK1)是通过Parkin易位和线粒体自噬去除受损线粒体所需的短寿命蛋白质。由于PINK1的短半衰期限制了其被转运到神经突中的能力,因此这种线粒体自噬途径需要在远离胞体的地方进行局部翻译。PINK1转录本与神经元线粒体结合并共同运输。
在翻译过程中,线粒体外膜蛋白synaptojanin 2结合蛋白(SYNJ2BP)和synaptojanin 2(SYNJ2)是通过SYNJ2中的RNA结合域将Pink1 mRNA与线粒体结合所必需的。这种对PINK1局部翻译的神经元特异性适应为远端线粒体提供了持续供应的PINK1,以激活线粒体自噬。
为了确定PINK1在哺乳动物神经元中的半衰期,作者检测了内源性PINK1在人IPSC来源的神经元中的稳定和清除(图1A,1B)。抗霉素A使Parkin与线粒体共存的比例从~10%增加到29%(图1C,1D)。
在添加抗霉素A前4小时将放线菌酮(CHX)应用于轴突小室可消除80%的这种增加(图1D),而将CHX添加到胞体小室的效果明显较差。因此,局部翻译有助于诱导轴突中依赖于Parkin的线粒体自噬。
作者还测定了PINK1转录本和已知的胞体限制性RNA γ-actin的相对丰度,并将其归一化为线粒体rRNA的数量。虽然γ-actin很少,但PINK1 mRNA很容易在轴突部分检测到(图1E)。外源性PINK1 mRNA被发现转运到视神经,而对照的GFP转录本在轴突中几乎不存在(图1F)。
图1
RNAScope原位杂交显示,内源性PINK1 mRNA出现在与线粒体蛋白ATP5a共存的轴突和树突上(图2A)。STED成像将PINK1 mRNA信号分解为每个线粒体上的多个小斑点。相反,β-actin mRNA几乎不与线粒体重叠(图2B)。
为了在神经元中实时成像PINK1 mRNA,作者使用了MS2/PP7-splitVenus方法(图2C)。为了排除轴突线粒体的相对频率会随机产生相同的重叠,作者翻转了拉直图像的线粒体通道。
原始图像中的共定位程度明显高于翻转对照(图2E-2G),且在胞体和树突中的重叠也明显高于其相应的翻转图像(图2F,2G)。