论文部分内容阅读
眼皮肤白化病(Oculocutaneous albinism，OCA)是一种常见的遗传性皮肤病，是由于色素合成或者黑素小体(melanosome)发生相关基因的突变所引起。2013年我们实验室利用全外显子组测序方法，在一个中国白化病家系中发现了一个新的致病基因NCKX5/SLC24A5，被命名为OCA6。NCKX5属于K+依赖的Na+/Ca2+离子通道蛋白家族(K+-dependent Na+/Ca2+ exchanger family)，此前的研究已经发现NCKX5与色素生成紧密相关，但具体的作用机制仍然缺乏了解，甚至其亚细胞定位也存在争议。本研究以永生化的小鼠黑色素细胞系melan-a为工具，利用分子细胞生物学等手段，阐明了NCKX5基因突变导致的黑素小体成熟障碍和色素生成减少的病理机制。 我们首先通过光镜以及免疫荧光共定位实验发现，NCKX5并不定位到黑素小体而是大量富集在线粒体上，这改变了以前文献认为它可能定位于黑素小体的观点。一种线粒体蛋白是如何调控黑色素的生成是本项研究的关键科学问题。进一步的结果显示，NCKX5功能的丧失会明显地影响线粒体的形态和功能，导致线粒体呈现出圈饼(donut)状并且伴随着膜电位的丧失。利用线粒体特异的Ca2+指示剂进行活细胞染色，我们观察到线粒体的Ca2+信号在短期内逐渐富集到黑素小体的动态变化。一种可能的解释是，由于线粒体与黑素小体存在直接接触，Ca2+可能从线粒体转运至黑素小体。我们的药物学实验也证明，破坏线粒体的正常功能可阻碍Ca2+在黑素小体的积累。这些结果说明，正常功能的线粒体对于Ca2+的转运至关重要。已知Ca2+参与黑素小体发生过程早期阶段的PMEL蛋白纤维丝的形成，后者驱动黑素小体的成熟和黑色素的生成。黑色素生成实验表明，抑制线粒体的NCKX活性以及损害线粒体的功能都足以减少黑色素的生成，提示线粒体直接调控黑色素的生成。此外，在NCKX5功能受损的细胞中，Ca2+信号在线粒体中滞留时间延长，而在黑素小体中减少或丧失。这一结果进一步支持线粒体NCKX5参与调控黑素小体的Ca2+稳态，从而影响黑素小体的生物发生过程。 综上所述，我们的研究发现:黑素小体的成熟及其Ca2+稳态受线粒体的调控;NCKX5通过调控线粒体Ca2+转运至黑素小体从而影响黑素小体的发生和黑色素生成。本项研究揭示了线粒体的一种崭新功能，即它可以作为其它细胞器的Ca2+源;同时也揭示了黑素小体发生的新的调控途径，拓宽了我们对于白化病发病机制的理解，也为衰老中因线粒体功能紊乱，可能出现头发灰白（graying）的现象提供了一种新的解释。