Fmc1-KO 基因敲除小鼠

基因Fmc1，即FMC1，是一种酵母核基因，对于在高温条件下（37摄氏度）维持线粒体F(1)-ATPase的组装和稳定性至关重要[1]。Fmc1p是一种位于线粒体基质中的可溶性蛋白质。在缺乏Fmc1p的酵母细胞中，α-F(1)和β-F(1)蛋白在高温下被合成、运输并加工成成熟的大小。然而，它们并没有被整合到功能性的F(1)寡聚体中，而是在线粒体基质中形成大的聚集体。类似的干扰之前已经在缺乏Atp12p或Atp11p的酵母细胞中被报道，这两种蛋白质是F(1)部分的具体组装因子。研究还表明，增加Atp12p的表达可以有效地补偿Fmc1p的缺失。然而，与Atp12p和Atp11p不同，Fmc1p在正常生长条件（28-30摄氏度）下并不是必需的。因此，研究者提出了Fmc1p在热应激条件下对于Atp12p的正确折叠/稳定性或功能是必需的假说[1]。

CLIC（CLustering by Inferred Co-expression）是一种基于数千个数据集中共表达的工具，用于扩展生物学途径。CLIC接受包含两个或更多基因的途径作为输入，并使用贝叶斯分割模型将输入基因集分割成一致的共表达模块（CEMs），同时为每个数据集分配支持每个CEM的后验概率。然后，CLIC通过扫描转录组来扩展每个CEM，以寻找额外的共表达基因，这些基因通过每个数据集的集成对数似然比（LLR）分数进行量化。CLIC分析揭示了在910个经典生物学途径中，有30%的途径由强共表达基因模块组成，并预测了新的成员。例如，CLIC预测了蛋白质C7orf55（FMC1）与线粒体ATP合酶复合物之间的功能连接，这一预测已通过实验得到验证。CLIC工具可免费获取，预期将有助于揭示生物学途径的新成员以及它们活跃的条件[2]。

最近的研究表明，p13（FMC1的人类同源物）是一种13 kDa的蛋白质，是线粒体复合物V组装因子1在酵母中的同源蛋白，在胰腺β细胞中起着保护因子的作用。p13的过表达增加了线粒体复合物V的表达和活性，并降低了胰岛细胞对葡萄糖刺激的胰岛素分泌。此外，p13的mRNA表达在心脏中最高，在心脏疾病中通常表达下降。这些发现表明，p13在心脏的细胞应激反应中起着重要作用[3]。

电子传递链（ETC）是细胞能量转换的重要参与者，但其生物合成对细胞提出了许多挑战。为了解决这些复杂性，细胞利用ETC组装因子，包括LYR蛋白家族。LYR蛋白家族的每个成员都与线粒体酰基载体蛋白（ACP）相互作用，ACP是线粒体脂肪酸合成（mtFAS）途径的支架蛋白，用于从乙酰辅酶A构建脂肪酸链。研究表明，酰化形式的ACP是一种依赖于乙酰辅酶A的变构激活剂，用于刺激ETC的生物合成。通过调节ETC组装以适应乙酰辅酶A的丰度，这个系统可能提供了一个优雅的机制，用于协调ETC复合物之间的组装以及与底物可用性的协调[4]。

Warburg效应描述了肿瘤细胞在存在或不存在氧气的情况下产生乳酸的高度倾向。通过全基因组、蛋白质组学和代谢组学分析，研究者发现Warburg效应在调节酸性细胞外pH（pHe）方面起着功能性作用，这是通过代谢倒置或糖酵解速率底物水平磷酸化（SLP）和线粒体（mt）氧化磷酸化（OXPHOS）之间的波动优势来控制乳酸产生的。研究还发现，酸性pHe平行于更高的线粒体生物合成和OXPHOS基因的表达，例如复合物III-V（Uqcr10、Atp5和Cox7c）、mt Fmc1、Romo1、Tmem 173、Tomm6、醛脱氢酶、mt Sod2、mt生物合成成分PPAR-γ共激活剂1以及mt裂变（Mff）的丢失。此外，酸性pHe对应于代谢效率的提高，表现为mTOR营养传感器GβL、其下游靶标（Eif4ebp1）、胰岛素调节因子（Trib3和Fetub）的升高以及分解代谢（Hadhb、Bdh1和Pygl）/糖酵解过程（醛缩酶C、丙酮酸激酶、Nampt和醛糖还原酶）的丧失。相反，碱性pHe导致线粒体融合蛋白2、复合物II-IV（Sdhaf1、Uqcrq、Cox4i2和Aldh1l2）、乌头酸酶、线粒体载体三重重复1和mt生物合成（Coq2、Coq5和Coq9）的丧失。总之，Warburg效应可能作为一种负反馈回路，通过改变乳酸产生来调节pHe，使其向广泛的酸性范围倾斜，这些效应与氧气浓度或葡萄糖供应的变化无关[5]。

研究者使用酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）模型定义了人类Atp12p W94R突变的发病机制。研究表明，Atp12p的缺乏会阻止复合物V外域（F(1)）的组装，使细胞无法通过氧化磷酸化产生ATP。在酵母中，人类野生型Atp12p可以挽救Δatp12的呼吸缺陷。然而，W94R突变导致HuAtp12p在Δatp12的背景下不溶性。相比之下，在Δatp12Δfmc1菌株中，具有相应突变的酵母蛋白ScAtp12p（W103R）是可溶的，Δatp12Δfmc1菌株也缺乏Fmc1p。色氨酸94（人类）或103（酵母）位于Atp12p的正电荷区域，因此其突变到精氨酸不会显著改变蛋白质的电荷性质。相反，研究者提供了证据表明，这种替代的主要影响是对Atp12p动态特性的影响[6]。

综上所述，基因Fmc1在维持线粒体F(1)-ATPase的组装和稳定性方面发挥着重要作用，尤其是在高温条件下。Fmc1p对于Atp12p的正确折叠/稳定性或功能是必需的，特别是在热应激条件下。此外，Fmc1p的表达与线粒体ATP合酶复合物相关，并可能通过共表达与其他生物学途径相互作用。研究还表明，Fmc1p在心脏的细胞应激反应中起着重要作用。这些发现为深入理解Fmc1p的功能及其在细胞代谢和应激反应中的作用提供了重要信息。