胰岛素激素控制着许多细胞过程，并使它们适应身体当前的能量供应。马克斯·普朗克生物智能研究所的 Angelika Harbauer 和她的团队发现，胰岛素调节过程之一是神经元细胞发电厂的质量控制。当体内有足够的能量时，胰岛素会促进消除有缺陷的线粒体。当能量匮乏或胰岛素信号中断时，线粒体循环就会减少，细胞会继续使用旧的发电厂，甚至可能受损的发电厂。有缺陷的线粒体的持续运作可能会影响衰老过程和神经系统疾病。
神经细胞对其能量供应有特殊要求。由于它们广泛的分支和高能量需求，它们密切关注着它们的细胞发电厂——线粒体。细胞必须确保它们的长延伸部分(轴突)始终有足够的线粒体可用，轴突是细胞与相邻细胞通讯的动力装置。这就是为什么神经元甚至可以将线粒体运输到细胞最远的位置。
Angelika Harbauer 的早期研究表明，线粒体在穿过神经元的旅程中携带着 PINK1 蛋白的蓝图。马克斯·普朗克研究小组负责人解释说：“PINK1 是一种关键蛋白质，当线粒体因不再正常运作而需要被去除时，它就会发挥作用。” “它可以标记线粒体以供回收，并由细胞精确控制。”如果无法控制 PINK1 可能会导致线粒体短缺，而有缺陷的细胞发电厂的持续运行可能会损害细胞。
具有多种作用的激素
Angelika Harbauer 和她的团队现在发现激素胰岛素参与神经元线粒体质量控制。胰岛素以其调节细胞糖摄取的作用而闻名。它还控制细胞内的许多过程，以精确地调整它们以适应人体当前的能量供应。
在线粒体回收的情况下，其工作原理如下：如果有足够的能量，信号就会从细胞表面的胰岛素受体传输到线粒体。在这里，PINK1 蓝图被存储为 mRNA 分子。当胰岛素信号到达时，线粒体会释放蓝图，细胞可以产生额外的 PINK1 蛋白。这确保了有缺陷的线粒体被有效消除。如果能量短缺，或者胰岛素受体信号缺失，PINK1 的蓝图仍然与线粒体紧密结合。
一方面，与线粒体的紧密结合使得 PINK1 蓝图能够搭便车深入神经细胞的长距离延伸。另一方面，它减少了 PINK1 生产的 mRNA 分子的可用性。 PINK1 蛋白水平仍然较低，线粒体回收减少——尽管这可能导致受损发电厂继续运行。
该研究的主要作者 Tabitha Hees 表示：“我们原本预计 mRNA 与线粒体的结合会促进 PINK1 的产生。” “令人惊讶的是，我们的实验表明情况并非如此。当能量水平较低时，显然更有利于细胞产生较少的 PINK1 蛋白并继续使用可能受损的线粒体。”
信号中断对健康和衰老的影响
当从胰岛素受体到线粒体的信号传输因疾病而受到干扰时，也会发生类似的情况。胰岛素信号传导缺陷是糖尿病的一个标志，并且在大脑中也观察到与阿尔茨海默病有关。众所周知，低效的线粒体质量控制可能导致各种神经退行性疾病。 “我们的观察加深了我们对细胞能量供应、衰老和神经退行性疾病如何相互关联的理解，”Angelika Harbauer 说。
接下来，研究人员的目标是研究 PINK1 蓝图从线粒体释放到细胞中后会发生什么。 “我们特别感兴趣的是找出 PINK1 蛋白的产生位置(如果不是在线粒体中)，以及它随后如何返回线粒体，”Tabitha Hees 说。只有完成这两个步骤，PINK1才会启动故障发电厂的回收，以防止它们损坏神经细胞。
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