“线粒体炫”促进重编程示意图

2024年11月5日，国际学术期刊《细胞·代谢》（Cell Metabolism）在线发表了中国科学院广州生物医药与健康研究院刘兴国研究组的最新成果。该研究首次发现，在体细胞重编程为诱导多能干细胞（iPSCs）的早期阶段，量子化的“线粒体炫”短暂激活能够通过调控细胞核表观遗传学变化，促进重编程进程。这一发现首次揭示了“线粒体炫”通过表观遗传调控细胞命运的机制。

“线粒体炫”是一种近期发现的生物现象，表现为单个线粒体内超氧阴离子自由基的自发、间歇性、量子化生成，并伴随线粒体膜电势瞬间骤降。该事件依赖于线粒体呼吸链，由线粒体通透性转换孔触发。“线粒体炫”不仅可作为定量研究线粒体状态的生物标记物，还能预测个体寿命。然而，其在细胞命运转换过程中的作用及变化规律此前尚未明确。

体细胞重编程技术极大推动了再生医学的发展，并为细胞命运决定机制的研究提供了理想的体外模型。刘兴国研究组利用该模型实时观测“线粒体炫”的发生规律，并深入探讨其作用机制。研究人员在Yamanaka因子加入体细胞的第3天发现“线粒体炫”频率出现峰值，随后迅速下降。早期的“线粒体炫”短暂激活有利于体细胞重编程为iPSCs。进一步研究显示，“线粒体炫”通过调控TET2介导的Nanog基因启动子去甲基化，提升Nanog蛋白表达，从而促进多能性获得。

该研究首次系统展示了细胞命运转换过程中“线粒体炫”的动态变化及其对多能性获得的作用机制。更重要的是，研究表明线粒体信号在表观遗传调控中具有重要作用，揭示了核质相互作用的新模式，为细胞命运转换机制研究和相关技术开发提供了新的思路。

本研究获得中国科学院、科技部、国家自然科学基金、广东省和广州市的经费支持。

参考文献：
Liu X, et al. Transient Activation of Mitoflashes Modulates Nanog at the Early Phase of Somatic Cell Reprogramming. Cell Metabolism, 2024.