前人研究表明,哺乳动物的线粒体基因组包含37个基因,其中13个基因编码信使RNA(mRNA)并翻译为蛋白质、22个编码转运RNA(tRNA)、2个编码核糖体RNA(rRNA)。线粒体基因组编码的信使RNA在内膜包裹的基质内,由线粒体核糖体翻译,形成内膜上呼吸链的13个蛋白质,在能量产生中发挥了核心作用。
线粒体基因组中心法则的密码子,与细胞核在细胞质核糖体翻译的“标准密码子”存在明显不同。然而,线粒体基因组编码区是否可以使用细胞质标准遗传密码编码新的蛋白质?这是关乎中心法则的最基本科学问题。
2024年5月3日,中国科学院广州生物医药与健康研究院刘教授题组在 Cell Metabolism 期刊发表了题为:A novel protein CYTB-187AA encoded by the mitochondrial gene CYTB modulates mammalian early development 的研究论文。

该研究发现并证实,除13个的线粒体基因编码的蛋白质外,线粒体基因细胞色素b (CYTB)可以产生一个线粒体基因编码胞质翻译(mtDNA-encoded proteins arising from cytosolic translation,mPACT)的新蛋白——CYTB-187AA,这一模式的英文缩写PACT具有“约定”的含义,因此将这一新模式称为“线粒体约定”。进一步研究揭示了CYTB-187AA在胞质翻译后定位到线粒体基质中,通过ATP依赖的方式调控早期发育。

该研究改写了教科书中“线粒体基因组编码13个蛋白”的论断,发现了线粒体基因组上编码复合物III中细胞色素b的CYTB基因可以使用胞质核糖体的标准遗传密码编码第14个全新蛋白质。
另一篇线粒体RNA研究分享:Non-coding 7S RNA inhibits transcription via mitochondrial RNA polymerase dimerization(Cell.2022.6).
该文章阐明了一个全新的线粒体基因调控机制:一个mtDNA自身编码的小RNA(不在上述37个基因之中)可以特异性结合到线粒体转录酶(POLRMT)上,诱导其构象变化,从而控制mtDNA的基因表达。这一发现为治疗诸多相关疾病提供了新的思路。
