分享一篇发表在ACS Central Science上的文章“Mitochondrial Thermogenesis Can Trigger Heat Shock Response in the Nucleus”，通讯作者是来自首尔国立大学的Hyun-Woo Rhee教授和来自延世大学的Jae-Seok Roe教授，Rhee教授课题组的研究方向是利用临近标记研究生物大分子的亚细胞定位，Roe教授课题组的研究方向是生物化学。
热诱导多种生物事件，例如生化反应和蛋白和脂质膜的结构变化，生命系统可以精确地感知和响应温度变化。在外界热应激条件下，热休克因子1 (HSF1)感知温度的升高并发生结构变化，调节热休克蛋白（HSPs）的表达并帮助细胞存活。但是，哺乳动物细胞是否能够产生自身热量来启动HSF1介导的热休克反应仍然未知。线粒体产热是一种细胞内活动并用以维持体温，然而线粒体产热的更多生物学影响仍然未知。在本文研究中，作者使用质子载体诱导线粒体通过氧还原反应(ORR)来产热，并且这种热量可以被传导到其他细胞器，例如细胞核。在脂肪细胞线粒体中，质子通过质子转运蛋白(UCP1)直接进入线粒体基质，类似地可以通过线粒体解偶联剂FCCP处理直接将质子导入线粒体基质，同样可以启动线粒体产热。为了验证其他亚细胞器是否受到ORR产生热量的影响，作者通过多种荧光温度计，发现FCCP诱导的线粒体产生的热量可以传递到周围空间和近端细胞器。HSF1在热胁迫下可通过核“病灶”的形成而被激活，作者通过免疫荧光成像监测了在FCCP处理后的内源性HSF1的定位。结果表明，细胞核内可以明显观察到内源性HSF1灶的形成，这种模式与体外热休克条件下HSF1灶的形成模式相当。HSF1的激活和细胞内热量、pH值变化、 ROS的产生和蛋白毒性应激有关。因此，作者决定研究线粒体热是否是FCCP处理后引发HSF1灶形成的主要因素。首先，作者排除了pH的变化，因为通过pHluorin2探针测量，FCCP处理下的核pH保持在生理范围内。为了评估FCCP处理下ROS的生成，作者采用了基于ROS依赖性的APEX的系统，发现FCCP诱导的线粒体的ROS生成非常低，说明HSF1灶形成并不是因为ROS。为了便于在活细胞中观察HSF1灶的形成，作者通过慢病毒感染制备了稳定表达HSF1- EGFP细胞系，利用GFP荧光，通过实时共聚焦显微镜记录了FCCP处理后HSF1-EGFP灶的形成和消失。通过后续的RNA-seq等实验，作者证明了到达细胞核的线粒体热量启动了经典热休克反应，包括核应激颗粒的形成和HSF1在染色质上的定位，激活的HSF1增加了哺乳动物细胞中与热应激反应相关的基因表达水平。综上，本研究提出细胞内产生的热量是线粒体-细胞核通讯的潜在来源，并扩大了人们对线粒体在细胞生理学的理解。https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscentsci.3c01589原文引用：DOI：10.1021/acscentsci.3c01589
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