线粒体基质核苷酸稳态将能量状态与线粒体翻译耦联

线粒体蛋白质合成必须适应细胞器能量状态的波动，以维持氧化磷酸化和细胞稳态；然而，将线粒体生物能学与基因表达相耦联的机制仍知之甚少。在此，我们鉴定出基质核苷酸磷酸化势是决定线粒体翻译的直接代谢因素。 以ATP合酶抑制作为实验扰动手段，我们表明，抑制F1Fo-ATP合酶会诱导内膜超极化，从而限制ANT介导的腺嘌呤核苷酸交换，并迅速耗竭具有生物可利用性的基质ATP库。基质ATP降低会限制线粒体GTP再生，这可能是由于核苷二磷酸激酶依赖性的磷酸基转移受损以及底物水平磷酸化减弱所致，进而导致线粒体蛋白质合成的全面停滞。恢复核苷酸交换或选择性补充基质GTP均可挽救翻译过程，从而表明GTP耗竭是限制线粒体基因表达的近端能量约束。 这些发现确立了一种内在线机制：能量状态通过基质核苷酸稳态直接调控线粒体的翻译能力。更广泛而言，我们的工作表明，基质GTP可用性是将氧化磷酸化与线粒体基因表达相耦联的核心能量检查点，这对于理解线粒体应激适应以及与生物能功能障碍相关的疾病具有重要意义。

线粒体蛋白质合成必须适应细胞器能量状态的波动，以维持氧化磷酸化和细胞稳态；然而，将线粒体生物能学与基因表达耦联起来的机制仍知之甚少。在此，我们鉴定出基质核苷酸磷酸化势是决定线粒体翻译的直接代谢因素。

以ATP合酶抑制作为实验扰动手段，我们表明，抑制F1Fo-ATP合酶会诱导内膜超极化，从而限制ANT介导的腺嘌呤核苷酸交换，并迅速耗竭可利用的基质ATP库。基质ATP降低限制了线粒体GTP的再生，这很可能是由于核苷二磷酸激酶依赖性的磷酸转移受损以及底物水平磷酸化减弱所致，进而导致线粒体蛋白质合成全面停滞。恢复核苷酸交换或选择性补充基质GTP均可挽救翻译过程，从而表明GTP耗竭是线粒体基因表达所面临的近端能量限制。

这些发现确立了一种内在线机制，即能量状态通过基质核苷酸稳态直接调控线粒体翻译能力。更广泛而言，我们的研究确定了基质GTP可用性是将氧化磷酸化与线粒体基因表达耦联起来的核心能量检查点，这对于理解线粒体应激适应以及与生物能功能障碍相关的疾病具有重要意义。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.06.04.730174v1?rss=1

🏷️ 线粒体翻译 核苷酸稳态 基质GTP 氧化磷酸化 ATP合酶 生物能学