经过前两期对线粒体基础实验的介绍，相信各位老师已经对线粒体研究中的基本实验有了一定的了解。今天，大家将阅读一篇非常精彩的正刊文章“细胞ATP需求产生代谢上不同的线粒体亚群”，希望能够为大家带来一些思路上的启发。

从文章的标题来看，研究人员发现了一组新的线粒体亚型，这一发现无疑是十分引人注目的。为了便于学习其研究思路，我们可以尝试将其转化为经典的模型：基因A通过机制B在表型C中调控功能D。一般认为，线粒体通过氧化磷酸化（OXPHOS）产生ATP以满足能量需求，但实际上，线粒体同时参与多种代谢物的生物合成。

本文的核心基因A是通过STRING PPI分析获得的。通过PPI分析，将参与线粒体代谢的酶分为不同的簇：簇1是参与TCA循环的蛋白质，簇2是参与氨基酸生物合成的酶，簇3则与单碳代谢相关。其中，P5CS（由ALDH18A1基因编码）连接了这三个簇，P5CS作为脯氨酸和鸟氨酸线粒体生物合成中的限制酶，提供了一种寻找核心基因的研究思路：研究涉及的各种反应的平衡可以尝试通过PPI分析寻找中间桥梁分子，而该分子可能成为一个重要的研究靶标。

进一步分析显示，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）。当细胞在血清中增殖时，P5CS形成丝状结构，但细胞内P5CS蛋白总水平保持不变。在使用半乳糖培养基的情况下，这些丝状结构更加明显，同时由于P5CS的总量未变化，含有P5CS的线粒体占比下降。

研究发现，当OXPHOS需求增加时，P5CS会聚集形成P5CS-线粒体子集，并且缺乏ATP合酶。因此，P5CS-线粒体膜电位显著高于缺乏P5CS的线粒体。此外，由于P5CS-线粒体缺乏ATP合酶，其线粒体嵴的结构几乎完全消失，这一结构对于有效产生能量至关重要。

既然P5CS-线粒体没有嵴结构和ATP合酶，那么其主要的功能是什么呢？由于P5CS是脯氨酸和鸟氨酸生物合成中的限制酶，因此可以进一步探究其在氨基酸代谢中的作用。研究表明，MEF能在特定氧化条件下保持细胞内脯氨酸水平，且代谢流显示，氧化培养并未削弱细胞合成脯氨酸、鸟氨酸和腐胺的能力。这说明细胞内有调节氨基酸合成的机制。

关于P5CS-线粒体形成的调控，研究还发现线粒体动力学在其中发挥了关键作用。通过敲除和恢复MFN1/2、DRP1等相关分子，验证了线粒体动力学对P5CS-线粒体形成的影响。MFN1/2的缺失会导致P5CS无法聚集，而DRP1的缺失则会使P5CS无法与ATP合酶分离，进而无法生成P5CS-线粒体。

在胰腺癌（PDAC）样本中，观察到P5CS-线粒体的存在，以及与之对应的缺乏ATP合酶与嵴结构的表型，这可能是肿瘤细胞的一种生存策略。

总结而言，在应激条件下，P5CS通过线粒体动力学的调节形成了一种新的类型的线粒体，专门负责氨基酸合成，且不产生ATP。未来的研究可以探讨是否存在除了能量代谢与脯氨酸和鸟氨酸合成以外的线粒体亚型，P5CS是否具备其他功能，以及此类线粒体在肿瘤或其他疾病中的作用。

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