揭示超硫化物在调节线粒体功能和寿命中的作用

超硫化物因其以低分子量硫醇或过硫化半胱氨酸残基的形式出现而受到重视，在原核和真核细胞中更常见。这些化合物以硫-硫键为特征，在能量代谢、胚胎发育、心脏功能、肿瘤发生、先天免疫、抗病毒防御和慢性肺部疾病的预防中发挥着关键作用。半胱氨酰-tRNA 合成酶 (CARS) 在多种生物体中对于合成这些超硫化物并将其整合到蛋白质中至关重要。然而，CARS产生的超硫化物的体内生理功能仍不清楚。

现在，日本研究小组进行的一项研究表明，过硫化半胱氨酸(CysSSH)——一种由 CARS 合成的超硫化物——可以调节芽殖酵母的细胞寿命。

这项研究发表在Redox Biology 上，由奈良科学技术学院 (NAIST) 的 Akira Nishimura 领导。

为了研究 CARS 和超硫化物对酵母的影响，研究人员对酿酒酵母突变菌株进行了基因改造。该菌株携带能够合成蛋白质的突变 CARS 基因，但 CysSSH 产量减少。

最初，研究小组证明，与正常(或“野生型”，WT)酵母相比，突变酵母的寿命明显缩短。

大约 50% 的突变细胞在第一周内变得无法存活，而 WT 细胞在两倍的时间内仍能存活。

有趣的是，研究人员通过外部诱导细胞胞浆和线粒体中常规 CARS 的产生，恢复了突变菌株的正常寿命。

随后，研究人员进行了额外的实验，以全面了解引入突变的影响，以及 CysSSH 和相关超硫化物的重要性。

他们的检查表明，缺乏 CARS 的酵母突变体存在线粒体能量代谢异常以及整个内质网应激反应增加的问题。

然而，为突变细胞提供超硫化物供体，如二硫化钠 (Na 2 S 2 ) 可以逆转这些有害影响。

Nishimura 强调说：“据我们所知，这是首次证明 CARS 和超硫化物依赖性长寿控制，由线粒体呼吸和蛋白质质量调节介导。”

值得注意的是，这项研究不仅对酵母，而且对无数生命形式都有重要意义。

“由于与超硫化物相关的寿命调节机制可能在包括人类在内的高等生物中广泛保守，因此从补充剂和其他来源摄入超硫化物可能有助于预防衰老和延长健康寿命，”西村评论道。

此外，线粒体代谢异常和内质网应激是多种疾病的标志，例如心脏病、阿尔茨海默病、帕金森病和癌症。

因此，超硫化物在医学领域可能具有巨大的未开发潜力。

受到研究结果的启发并着眼于未来，西村总结道：“鉴于当前实验结果的有希望的意义以及超硫化物的显着效力，对超硫化物的持续研究必将有助于发现和开发新药物来应对挑战疾病”。相关话题

来源: Materials provided by Nara Institute of Science and Technology.
注明: Content may be edited for style and length. Journal Reference: Akira Nishimura, Sunghyeon Yoon, Tetsuro Matsunaga, Tomoaki Ida, Minkyung Jung, Seiryo Ogata, Masanobu Morita, Jun Yoshitake, Yuka Unno, Uladzimir Barayeu, Tsuyoshi Takata, Hiroshi Takagi, Hozumi Motohashi, Albert van der Vliet, Takaaki Akaike. Longevity control by supersulfide-mediated mitochondrial respiration and regulation of protein quality. Redox Biology, 2024; 69: 103018 DOI: 10.1016/j.redox.2023.103018