线粒体UPR(UPR^mt)是线粒体自身一种非常重要的自我保护性程序。当线粒体受到压力刺激时,线粒体功能在一定程度上会受到影响,如线粒体呼吸速率减慢,氧化磷酸化水平下降,自我复制功能受阻,分子伴侣基因失活,线粒体内错误折叠蛋白质大量积累等均会激活UPR^mt,从而促进分子伴侣和蛋白水解酶的产生帮助蛋白质的正确折叠和降解,稳定线粒体功能。参与UPR^mt应答的分子伴侣主要有Hsp70、Hsp60、Hsp10、mtDNAJ,其中Hsp60为报道和参与线粒体调控最多的分子伴侣,并在UPR^mt中占主要地位。实际上,不同种类细胞中都存在分子伴侣,它们一直参与蛋白质的合成到降解,对蛋白质的稳态尤为重要,甚至对组织及人类的健康都有着深远的影响。到目前为止,UPR^mt所参与的信号通路及相关机制性研究在线虫模式中已经非常全面,主要由转录因子ATFS-1开启线虫中的UPR^mt;而在哺乳动物模式中UPR^mt研究还处于起步阶段,信号通路方面主要由ATF5和CHOP转录因子分别或共同参与。本次实验中,采用小鼠体细胞重编程这一体系为研究背景,以重编程过程中不同天数为时间轴,探索在重编程早期过程中UPR^mt发生的规律及其与多能性的关联。研究中起初以重编程早期Day0-Day6为时间点,并在连续7天的时间内检测线粒体热休克蛋白Hsp60的表达水平,结果显示从D0-D3线粒体蛋白Hsp60的蛋白水平逐渐增加且在D3天达到峰值,从D4天开始则逐渐降低,说明UPR^mt在重编程过程早期短时间内快速增加,此外检测重编程早期D0、D3、D5、D8中Hsp60的水平变化,发现D0-D3有明显上升而D5和D8恢复正常水平。通过qPCR检测UPR^mt非常重要的转录因子ATF5和CHOP的mRNA水平,发现转录因子ATF5的mRNA变化趋势和Hsp60蛋白的变化趋势一致,而CHOP的mRNA却只在D8天突然升高。在UPR^mt发生最高的D3天抑制ATF5和CHOP的表达,检测Hsp60蛋白水平的变化,发现在有效抑制转录因子ATF5和CHOP的表达后分子伴侣Hsp60无任何变化。随后又沉默可能与UPR^mt有关Sirt1、Sirt3、Satb1、Setdb1 4种基因和过表达蛋白水解酶ClpP和ClpX,Sirt1和Sirt3为哺乳动物UPR^mt调控通路的上游靶点,Satb1为干细胞中染色质结合因子,同时也为线虫UPR^mt重要调控元件DVE-1的同源蛋白;Setdb1是MET-2(在线虫中报道地与UPR^mt有关的基因)的同源蛋白,ClpP和ClpX为可以降解错误折叠蛋白的水解酶,实验结果表明线粒体热休克蛋白Hsp60均无明显差异。当抑制另外一个与UPR^mt有关的转录因子ATF4时,线粒体热休克蛋白Hsp60降低,这表明重编程中ATF4可能参与UPR^mt相关的通路。此外,在重编程早期加入两种药物GSK-J4和Myriocin来抑制UPR^mt,在D2-D5天持续加药发现重编程效率会提升大概1.5倍。在抑制UPR^mt后,从表观遗传学角度我们检测组蛋白甲基化水平发现H3K36me3水平降低,对H3K36me3相关的甲基转移酶EHMT1蛋白进行检测时发现它的表达同样降低,H3K36me3是重编程的障碍,降低H3K36me3能促进重编程,说明抑制UPR^mt提高重编程效率的可能是通过降低组蛋白甲基化来实现的。此外,还探究了UPR^mt对PGC-1α的影响,结果表明二者无显著性关联,seahorse实验检测在抑制UPR^mt后线粒体OCR值降低,表明UPR^mt与氧化磷酸化水平正相关,同时线粒体OCR水平的降低符合重编程过程中代谢途径转变这一机制。综上所述,我们得出以下结论,UPR^mt虽然是一种自我保护性程序,但在重编程中其却扮演者负面的角色,抑制UPR^mt可以降低甲基转移酶EHMT1的表达从而导致H3K36me3的甲基化水平降低,促进重编程效率提高。抑制UPR^mt能导致线粒体氧化磷酸化水平降低,这可能是另外促进重编程的因素。重编程中UPR^mt可能通过转录因子ATF4执行功能,但具体的通路还需要进一步研究,另外体细胞重编程中UPR^mt和线粒体生成无显著性关联。