这篇文档属于类型a，是一篇关于线粒体蛋白质输入缺陷应激信号传导机制的单篇原创研究论文。以下为针对该研究的学术报告：
一、作者与发表信息
本研究由Zixuan Yuan、Megan Balzarini、Marina Volpe等15位作者合作完成，通讯作者为Hilla Weidberg（加拿大不列颠哥伦比亚大学生命科学研究所）。论文于2025年10月30日在线发表于Nature期刊，标题为《A direct role for a mitochondrial targeting sequence in signalling stress》，DOI: 10.1038/s41586-025-09834-x。
二、学术背景
研究领域：线粒体生物学与细胞应激响应。
科学问题：线粒体蛋白质输入缺陷（mitochondrial protein import stress）会触发多种应激响应通路（如MITOCPR），但细胞如何感知这一缺陷尚不明确。
背景知识：
1. 线粒体约1000种蛋白质需通过靶向序列（MTS, mitochondrial targeting sequence）输入，输入过程依赖HSP70马达复合体（含辅伴侣蛋白Mge1）。
2. 输入缺陷会导致前体蛋白在胞质累积，引发线粒体和细胞稳态失衡，与神经退行性疾病相关。
研究目标：揭示Mge1是否通过其MTS传递线粒体应激信号至细胞核。
三、研究流程与方法
1. 筛选MITOCPR激活因子
- 实验设计：在酿酒酵母中过表达基因组ORF库，通过pCIS1-leu2报告基因筛选MITOCPR激活因子。
- 关键方法：
- 使用含20个线粒体ORF的候选库（含Mge1），定量PCR验证靶基因CIS1表达。
- 通过N端V5标签阻断MTS功能，区分直接与间接激活因子。
- 结果：仅Mge1及其V5标记变体可激活MITOCPR，且依赖转录因子Pdr3。
2. Mge1的核定位验证
- 技术：
- 荧光标记（GFP-Pdr3、Mge1-mCherry）共定位分析。
- Split-GFP系统（核定位GFP1-10与Mge1-GFP11互补）。
- 发现：过表达Mge1前体（未输入线粒体）可进入细胞核，而成熟Mge1无此功能。
3. 内源性Mge1的应激响应机制
- 模型构建：
- 急性应激：过表达Psd1（抑制蛋白质输入）。
- 慢性应激：rho⁻（线粒体DNA缺失）突变体。
- 实验：
- 细胞分馏与免疫印迹：Psd1过表达或rho⁻条件下，Mge1前体在核内累积。
- 免疫共沉淀（Co-IP）：Mge1前体与Pdr3结合，且依赖Kap123（核输入受体）。
- 染色质免疫沉淀（ChIP）：Mge1前体结合CIS1启动子需Pdr3介导。
4. MTS的功能解析
- 遗传操作：
- 构建MTS替换突变体（如MTS(ILV2)-Mge1、MTS(SU9)-Mge1）。
- 点突变（R2Q、R10Q、F4A）验证关键残基。
- 结果：仅野生型Mge1的MTS可激活MITOCPR，且其N端20个氨基酸足够传递信号。
5. 结构预测与机制模型
- 方法：AlphaFold3预测Mge1 MTS与Pdr3的相互作用界面。
- 发现：MTS的α螺旋通过R2、R10和F4与Pdr3带负电口袋结合。
四、主要结果与逻辑链
1. Mge1前体核转位：蛋白质输入缺陷时，未输入的Mge1前体通过Kap123进入细胞核（图2）。
- 数据支持：核分馏显示Mge1前体仅存在于应激细胞核内（p<0.0001）。
2. Pdr3依赖的转录激活：Mge1前体与Pdr3结合，促进MITOCPR靶基因（如CIS1、PDR5）表达（图3）。
- 关键证据：ChIP显示Mge1仅应激条件下结合CIS1启动子（p=0.0007）。
3. MTS的信号功能：
- MTS替换或点突变（R2Q/R10Q/F4A）完全阻断MITOCPR（图4-5）。
- 结构预测揭示MTS与Pdr3的静电相互作用（图5d）。
五、结论与意义
科学价值：
1. 首次揭示线粒体靶向序列（MTS）的双重功能：除介导蛋白质输入外，还可作为应激信号分子。
2. 提出“Mge1-Pdr3”轴为线粒体健康监测的核心通路，为理解线粒体-细胞核通讯提供新范式。
应用潜力：
- 线粒体相关疾病（如神经退行性疾病）的机制研究与靶点开发。
- 扩展对MTS遗传变异致病性的认知（如影响信号传递而非仅输入效率）。
六、研究亮点
1. 创新发现：MTS作为信号分子的功能挑战了其传统角色认知。
2. 方法学贡献：
- 结合遗传筛选（全基因组过表达）、高分辨率成像（Split-GFP）与结构预测（AlphaFold3）。
- 开发MTS分离功能突变体（如MTS(ILV2)-Mge1），精准解析信号传递域。
3. 跨模型验证：在急性（Psd1过表达）与慢性（rho⁻）应激模型中一致性验证机制。
七、其他价值
1. 发现Kap123为Mge1核输入的关键受体，拓展了核转运机制的理解。
2. 提出“弱MTS可能增强应激敏感性”假说，为后续研究提供方向。
（注：文中所有实验数据均通过三次独立生物学重复验证，统计方法包括ANOVA与t检验，详细数据见原文Extended Data Figures。）