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线粒体在细胞的能量代谢、细胞凋亡、天然免疫反应等多个方面都发挥了关键作用。线粒体氧化磷酸化过程中伴随氧自由基的产生。因此，细胞进化出一整套的线粒体质量的调节机制来监控线粒体的状态。线粒体质量控制机制主要包括两个方面，即线粒体蛋白质量控制和细胞器水平的质量控制，而后者包括线粒体自噬、线粒体融合/分裂动态调控和线粒体衍生囊泡(mitochondrial derived vesicle,MDV等。 线粒体自噬是将细胞中受损伤或不被需要的线粒体选择性清除的过程。本实验室前期的工作发现一种定位于线粒体外膜的线粒体自噬新受体FUNDC1参与低氧诱导的线粒体自噬过程。蛋白激酶Src、CK2及磷酸酶PGAM5等的可逆磷酸化修饰调控FUNDC1与自噬标志蛋白LC3相互结合，介导线粒体自噬过程。有关线粒体自噬受体FUNDC1的蛋白水平调控及其在响应低氧信号刺激过程中的作用，都是亟待解决的科学问题。 在低氧刺激诱导发生线粒体自噬过程中，观察到FUNDC1的蛋白要比其它线粒体标志蛋白（如Tim23、Tom20）更快更早地被降解，而加入蛋白酶体的抑制剂MG132能显著抑制FUNDC1的快速降解。在低氧刺激的早期，FUNDC1发生了明显的泛素化修饰，并且这种泛素化修饰水平随着低氧时间的延长而显著上升。 通过对影响线粒体功能的E3泛素连接酶及相关蛋白的筛选，鉴定出一个定位线粒体外膜的泛素连接酶MARCH5介导了受体FUDNC1的泛素化修饰和降解。表达野生型MARCH5能显著促进FUNDC1的泛素化水平及蛋白水平的降解，而酶活丧失的突变体MARCH5-C65S，C68S（MARCH5-CS）则没有这一能力。敲低MARCH5的表达能显著抑制FUNDC1的泛素化水平及蛋白的降解，而回复MARCH5表达后，FUDNC1的泛素化水平和蛋白水平都得到了恢复。 免疫共沉淀及Pull down实验证实，MARCH5和底物FUNDC1存在直接的结合作用。 通过逐点突变法将FUNDC1的11个赖氨酸(Lysine，K)逐一突变为精氨酸（Arginine，R），鉴定出FUNDC1的119位赖氨酸是其主要的泛素化位点。该位点的突变(K119R)不会影响FUNDC1自身的线粒体自噬功能，但会极大地减弱低氧刺激下的FUNDC1降解。体内和体外的泛素化实验进一步证实MARCH5正是通过K119对FUNDC1进行泛素化修饰和降解。 进一步检测了MARCH5对线粒体自噬功能的调控。在低氧刺激下，MARCH5敲减显著增加自噬分子GFP-LC3和线粒体的共定位水平，线粒体标志蛋白Tim23和Tom20明显减少;而回复野生型MARCH5表达水平，线粒体与GFP-LC3的共定位及线粒体蛋白降解都受到抑制。回复表达酶活丧失突变体MARCH5-CS则无此效果。在敲减MARCH5的细胞中同时敲减FUNDC1的表达，发现MARCH5对线粒体自噬功能的调控受到明显抑制。这说明，MARCH5是通过降解底物FUNDC1来调控线粒体自噬过程的。 还发现，早期低氧刺激信号会引起MARCH5寡聚体的解聚，同时增强与底物FUNDC1的相互结合，促进其蛋白降解。早期低氧刺激产生线粒体氧自由基ROS，而清除ROS抑制MARCH5对FUNDC1的结合和降解。这些变化发生在激酶Src与FUNDC1的相互作用减弱以及FUNDC1明显去泛素化激活(如低氧12hr)之前。这说明FUNDC1的泛素化调控及去磷酸化调控在低氧刺激时程上存在着的差别。 综上所述，发现了一种线粒体外膜泛素连接酶MARCH5，感应早期低氧信号，通过K119位点泛素化降解线粒体自噬受体FUNDC1，降低线粒体对外界压力的敏感性，抑制线粒体自噬发生;随着信号刺激的增强，线粒体受损伤最终导致剩余的FUNDC1被去磷酸化激活，进而精密调控线粒体自噬过程。我们的发现揭示了一种通过调控线粒体受体的蛋白水平来反馈调节线粒体质量控制的新机制。