研究荣登《科学》：“定格”线粒体膜蛋白复合物动态组装

近日，顶尖学术期刊《科学》发表了一篇来自华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室、生命科学技术学院蛋白质科学研究团队的最新论文。殷平教授领衔的团队，揭示了线粒体外膜（TOM）转位酶复合体的组装过程，并阐明了线粒体分选组装机器（SAM）协助组装和释放这一复合体的分子机制。

在人类中，TOM转位酶复合体与一些线粒体疾病有关，如帕金森病。阐明TOM转位酶复合物的组装机制，有助于为治疗线粒体疾病开发疗法提供线索。

线粒体作为真核细胞的能量代谢“工厂”，对动植物的正常生长发育至关重要。线粒体运行需要1000多种蛋白质，其中99%由细胞核基因编码。这些蛋白质的“前体“从细胞质来到线粒体的外膜，绝大部分由TOM转位酶复合体“运输”进入线粒体。

TOM转位酶复合体由7个亚基组成，包括核心通道Tom40（β桶膜蛋白）和6个跨膜蛋白——调控蛋白Tom5、Tom6和Tom7，以及受体蛋白Tom20、Tom22和Tom70。在Tom70和Tom20缺席的情况下，其余亚基形成稳定的TOM核心复合体。

TOM转位酶复合体的组装是一个多步骤、高度动态的过程。先前的研究表明，其组装需要线粒体外膜SAM复合物的协助，然而具体如何协助的分子机制并不清楚。

在这项研究中，科学家们巧妙地设计实验，让这个高速的组装过程“定格”。他们发现，把酵母中的TOM转位酶复合体“零件”放入人胚胎肾细胞的线粒体中，组装过程就像被按下暂停键一样停滞，由此破解了领域内多年来无法捕获瞬态的难题。

研究人员捕获了TOM核心复合体组装过程中的多个中间态，并获得了蛋白样品。随后利用单颗粒冷冻电镜技术，首次解析了两个重要中间态的高分辨率三维结构。结合功能分析，研究人员还阐明了线粒体SAM复合体在组装和释放TOM转位酶复合体时的作用。

结果显示，Sam37主要通过静电相互作用稳定成熟的Tom40，从而促进随后的TOM组装；Tom7则会促使组装好的Tom40/Tom5/Tom6脱离SAM复合体。

▲TOM转位酶核心复合体的组装过程（图片来源：参考资料[3]）

注：原文有删减

参考资料：

[1] Qiang Wang et al., (2021) Structural insight into the SAM-mediated assembly of the mitochondrial TOM core complex. Science. Doi: 10.1126/science.abh0704

[2] Zeyuan Guan et al. (2021) Structural insights into assembly of human mitochondrial translocase TOM complex. Cell Discovery. Doi: 10.1038/s41421-021-00252-7

[3] 《科学》杂志在线发表我校民盟盟员殷平教授蛋白质科学研究团队研究成果 Retrieved Sep. 6, 2021 from https://tzb.hzau.edu.cn/info/1015/3246.htm