線粒體是微小的結構。身體運動、生長和維持健康所需的能量是在細胞內產生的。這是因為對能源的需求不斷變化。線粒體必須不斷調整其活動才能跟上。這種適應能力部分取決於細胞中可用的營養物質。直到最近，科學家們仍然沒有完全了解營養物質如何影響這種能量改變過程。
由科隆大學遺傳學研究所和 CECAD 衰老研究卓越集群的 Thorsten Hoppe 教授博士領導的研究小組發現了一種新的生物途徑，顯示氨基酸亮氨酸如何提高線粒體的效率。他們的工作表明亮氨酸可以穩定重要的線粒體蛋白質。並增加細胞器產生能量的能力“亮氨酸抑制線粒體外膜蛋白降解調節線粒體呼吸”的研究發表於 天然細胞生物學–
亮氨酸如何支持能量產生？
亮氨酸是必需氨基酸之一。這意味著它必須從食物中獲取。它是蛋白質合成的重要組成部分，在肉類和乳製品等富含蛋白質的食物中含量豐富。以及豆類，如豆類和扁豆。研究人員發現亮氨酸可以保護線粒體外膜上的某些蛋白質免受損傷。這些蛋白質很重要，因為它們運輸其他代謝分子。亮氨酸通過保護線粒體來幫助線粒體更有效地發揮作用。導致細胞內更高的能量輸出。
“我們很高興發現細胞的營養狀況尤其是亮氨酸水平直接影響能量的產生，”該研究的第一作者李巧樹博士說。 “這種機制使細胞能夠在營養可用期間快速適應增加的能量需求。”
研究還表明，一種名為 SEL1L 的蛋白質在此過程中發揮著關鍵作用。 SEL1L 是細胞質量控制系統的一部分，可識別並去除有缺陷或錯誤折疊的蛋白質。亮氨酸似乎會降低 SEL1L 的活性，從而減少線粒體蛋白水解。 “調整亮氨酸和 SEL1L 水平可能是增加能量產生的一種策略，”Li 說。謹慎行事很重要。 SEL1L 在防止受損蛋白質的積累方面也發揮著重要作用。這對於長期細胞健康是必要的”
對健康和疾病產生更廣泛的影響
探索這些發現的更廣泛的影響。研究人員研究了模式生物中的這一過程。 優雅的秀麗隱桿線蟲– 他們發現亮氨酸代謝問題會損害線粒體功能，甚至導致生殖問題。當研究小組檢查人類肺癌細胞時，他們發現影響亮氨酸代謝的某些突變實際上有助於癌細胞生存。它強調了未來癌症治療策略的重要因素。
這些發現表明，我們消耗的營養物質不僅可以為身體提供能量，還可以提供額外的能量。但它也會影響細胞內能量的產生。研究指出，新的治療目標可能適用於與能量產生減少相關的各種疾病，其中包括癌症和代謝紊亂。通過揭示亮氨酸如何影響線粒體代謝。
這項研究得到了 CECAD 一部分的德國卓越戰略以及德國研究基金會 (DFG) 資助的多個合作研究中心的支持。額外的資金來自歐洲研究委員會通過 ERC 高級撥款“蛋白質質量控制降解的細胞策略”(CellularPQCD) 和亞歷山大·馮·洪堡基金會。
