在之前的几期中，我们已经介绍了线粒体基础实验，大家对线粒体研究中的基本实验有了初步了解。今天，我们将探讨一篇令人兴奋的正刊文章：“细胞ATP需求产生代谢上不同的线粒体亚群”，希望能为大家提供一些新的思路。

从文章标题可以看出，研究人员发现了一种新的线粒体亚型，这无疑是一个引人注目的发现。为了更好地学习其研究思路，我们可以尝试将其转化为经典的研究模式：A基因通过B机制在C表型调控D功能。一般认为，线粒体通过氧化磷酸化（OXPHOS）产生ATP以供能，但实际上，线粒体参与多种代谢物的生物合成。研究发现，线粒体通过氧化通路生产ATP，而通过还原通路利用谷氨酸合成脯氨酸和鸟氨酸。

文章的核心基因A通过STRING PPI分析得出，研究人员将参与线粒体代谢的酶分为不同的簇，具体包括：参与TCA循环的簇1，参与氨基酸生物合成的簇2，以及参与单碳代谢的簇3。P5CS（由ALDH18A1基因编码）连接了这三个簇，本身位于簇2，是脯氨酸和鸟氨酸线粒体生物合成中的限速酶。这为我们提供了一种有效的研究思路：在研究中涉及几种反应的平衡时，可以通过PPI分析寻找中间桥梁分子，这些分子可能成为下一个重要的研究靶点。

在血清饥饿的成纤维细胞中，P5CS的分布类似于线粒体基质蛋白丙酮酸脱氢酶（PDH）。在补充血清后，细胞增殖，P5CS形成丝状结构，同时细胞内的P5CS蛋白水平保持不变。当细胞在仅依赖OXPHOS生成ATP的半乳糖培养基中培养时，这些丝状结构变得更加明显。由于P5CS的总量没有变化，含有P5CS的线粒体占比降低。

接下来，研究发现随着OXPHOS需求增加，P5CS会聚集成一个特定的线粒体子集——P5CS-线粒体，这些线粒体缺乏ATP合酶，并且P5CS-线粒体的膜电位显著高于缺乏P5CS的线粒体。P5CS-线粒体不包含ATP合酶，因此其内部结构几乎完全丢失，而缺乏P5CS的线粒体则表现出明显的线粒体嵴结构。

那么，P5CS-线粒体到底发挥什么作用呢？由于P5CS是脯氨酸和鸟氨酸生物合成中的限速酶，因此其主要参与还原性氨基酸代谢。研究表明，MEF细胞能够在氧化环境中维持内源性脯氨酸水平，且在这些条件下未损害细胞参与氨基酸合成的能力。此外，P5CS与ATP合酶的分离现象可以通过外源性补充鸟氨酸和脯氨酸来消除。

进一步地，研究表明P5CS-线粒体的形成受到线粒体动力学的调节。通过敲除相关分子如MFN1/2和DRP1来验证线粒体动力学对P5CS-线粒体形成的影响。MFN1/2缺失会导致P5CS无法聚集，DRP1缺失则会使P5CS无法与ATP合酶分离，进而无法形成P5CS-线粒体。

以上发现也在胰腺癌（PDAC）样本中得到了验证，观察到P5CS-线粒体的存在，这可能成为肿瘤细胞生存的一种策略。综上所述，在应激条件下，P5CS可以形成一种无嵴、不产生ATP，却专门负责氨基酸合成的新型线粒体。

最后，我们可以发散思考：1）是否还有其他线粒体类型除了能量代谢和脯氨酸、鸟氨酸的合成？2）P5CS是否具有其他功能？3）这种无嵴线粒体在肿瘤或其他疾病模型中扮演什么角色？4）整个信号通路的调控机制是什么？这些问题都期待教师们的深入探讨。

同时，使用“P5CS mitochondrial”为关键词在PubMed中搜索，共找到26篇文献。若进一步限定为癌症，则剩余7篇。这是否让大家感到跃跃欲试呢？我们的品牌XPJ能够提供文章中提到的绝大多数线粒体相关实验服务，欢迎咨询，我们目前还提供线粒体实验的65折优惠！