介绍一篇发表在Nature上的文章“A direct role for a mitochondrial targeting sequence in signalling stress”。通讯作者是来自加拿大不列颠哥伦比亚大学的Hilla Weidberg，她的主要研究方向是衰老与罕见疾病的分子生物学机制。

线粒体蛋白质输入障碍是多种神经退行性疾病及代谢紊乱的共同病理特征。线粒体中超过1000种核编码蛋白须通过TOM/TIM复合体跨膜输入，当输入受阻时发生前体堆积，会诱发“线粒体受损蛋白输入反应”（mitochondrial compromised protein import response, mitoCPR）来上调细胞质与线粒体质量控制系统。细胞主要通过激活核内转录因子Pdr3来实现响应，但如何“感知”输入障碍并启动该反应目前尚不清楚。基于这一问题，本文作者设想：可能存在一条“输入障碍→胞质信号→核内转录”的直接通路。因此，作者以酿酒酵母为模型，系统阐明了线粒体Hsp70核苷酸交换因子Mge1的前体在输入受阻时直接充当核-质逆行信号分子的分子机制，并首次揭示线粒体靶向序列（mitochondrial targeting sequence , MTS）兼具定位与信号双重功能。

在实验中，构建PCIS1-LEU2报告系统，对5100个ORF进行过表达筛选，发现20个mitoCPR激活子为线粒体蛋白，其中MGE1诱导能力最强且依赖于Pdr3。活细胞成像与split-GFP显示，过表达Mge1-mCherry在65%细胞核内可见，而对照Mss116几乎仅定位于线粒体。因此，作者针对Mge1的生物学功能及其与Pdr3的相互作用进行了深入讨论。

随后作者发现，当细胞发生生理应激时，内源Mge1前体在细胞核中累积（前体未被切割，分子量略高于线粒体Mge1），且与Pdr3直接互作，该核转导过程由Kap123介导。ChIP-qPCR证实p-Mge1与CIS1启动子结合依赖于Pdr3。为了了解Mge1核转导及与Pdr3的互作机制，作者对Mge1切割前的整体序列进行了分析。作者发现，仅过表达 Mge1前44 残基MTS(Mge1)mCherr可重现与全长水平相当的CIS1转录应答；而ΔMTS-Mge1 或替换为 Su9/Ilv2 异源MTS的Mge1虽能进入核，却无法激活Pdr3，表明Mge1的“MTS身份”是决定性因素。最后，作者利用AlphaFold3预测Mge1 N端R2-F4-R10基序与Pdr3中段负电口袋结合，而单氨基酸突变R2Q、F4A、R10Q均丧失结合能力，明确MTS特定化学特征决定信号活性。

基于实验结果，作者提出了“MTS作为线粒体健康指标”的模型：正常向线粒体输入时，MTS被快速剪切并降解；输入受阻则前体积聚时，核内结合Pdr3→启动转运蛋白、分子伴侣等保护性转录。该研究为线粒体疾病干预提供可靶向的“短肽-转录因子”界面。

总的来说，为探究线粒体受损蛋白输入反应（mitoCPR），作者聚焦带有线粒体靶向序列（MTS）的共伴侣蛋白 Mge1，发现其 MTS 兼具“地址码”与“应激信使”双重身份，为线粒体-核逆行信号提供全新范式。

本文作者：FTY

责任编辑：MB

DOI：10.1038/s41586-025-09834-x

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-025-09834-x