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线粒体自噬是一种重要的线粒体质量控制机制，可去除受损的线粒体。哺乳动物的线粒体自噬通路涉及 PTEN 诱导的假定蛋白激酶 1 (PINK1) 和 E3 泛素连接酶 Parkin。

线粒体自噬通路需要区分受损（线粒体膜电位去极化）和健康线粒体。两者的区别在于，受损的线粒体的线粒体膜去极化后，PINK1 会发生蓄积。

在健康线粒体中，细胞质中新合成的 PINK1 会进入线粒体内膜 (IM)，然后被 PARL（菱形样蛋白）在其推定的跨膜结构域中切割，生成 52 kDa 的 PINK1。经过加工的 PINK1 从线粒体膜间隙（IMS）蛋白被释放到细胞质后，迅速被蛋白酶体依赖型通路去除。

在不健康的线粒体中，线粒体内膜会去极化。线粒体膜电位去极化后，可通过 PARL 抑制 IM 插入和 PINK1 的后续加工，导致全长 PINK1 在线粒体 OM 中蓄积（可能面向胞液）。具有激酶活性的 PINK1 的蓄积足以促使 Parkin 被募集到线粒体表面。

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线粒体自噬通路包括以下主要步骤：

Parkin 募集后，Parkin 介导的线粒体底物泛素化，诱导线粒体自噬；这些底物主要显示 Lys63 连接的聚泛素链，后者通常与信号传导相关。线粒体中存在不同的 Parkin 底物：线粒体融合蛋白线粒体组装调节因子（MARF）、线粒体融合蛋白 1 、线粒体融合蛋白 2 和电压依赖性阴离子选择性通道蛋白 1（VDAC1）；这些底物均嵌入 OM 中。

Parkin 促进泛素结合衔接子 p62（又称 sequestosome1）的募集。p62 蛋白既可以通过与其他 p62 分子聚合来聚集泛素化蛋白，又可以通过与 LC3 结合将泛素化物品募集到自噬体中。p62 在线粒体上蓄积，与 Parkin 泛素化线粒体底物结合，介导线粒体聚集并将泛素化底物与 LC3 连接，从而促进泛素化蛋白质的自噬降解。组蛋白脱乙酰酶 HDAC6 还与泛素化底物结合，并在 Parkin 易位后在线粒体上蓄积，是 Parkin 介导的线粒体自噬的必备物质。

线粒体膜蛋白由细胞核和线粒体基因组编码。细胞核编码蛋白必须通过中央进入门（外膜的转位酶（TOM 复合体））穿过外膜。外膜（OM）还包含 OM 蛋白生物发生所需的分选和组装机制（SAM 复合物）。

前体蛋白的分选通路不同。内膜（IM）（TIM22 复合体）的载体转位酶介导具有内部信号序列的蛋白质插入 IM。具有可切割 N 端前序列的基质靶向和内膜分选前蛋白定位到 IM（TIM23 复合体）的转位酶。前蛋白结构域的跨 IM 转运需要 ATP 驱动的前序列转位酶相关运动（PAM）。

少数 IM 蛋白由线粒体 DNA 编码。Oxa1 是主要的插入酶，与 Mdm38 和 Mba1 一起与核糖体结合并将蛋白质插入 IM。具有半胱氨酸基序的线粒体膜间隙蛋白（IMS）需要线粒体 IMS 中的输入和组装（MIA）机制。

线粒体存在于活细胞内的动态网中，发生融合和分裂事件，促进 IM 和 OM 融合以及细胞器内容物交换。

线粒体融合取决于三大 GTPase 的作用：线粒体融合（Mfn1 和 Mfn2）在 OM 水平上介导膜融合，而 Opa1 对内部线粒体膜融合至关重要。

线粒体分裂需要 Fis1 的局部组织和 GTPase DRP1 的募集形成分裂机制，随后导致膜分裂。