线粒体负责有机体的能量供应，并在代谢过程和信号传导过程中履行职能。在一项新的研究中，来自德国波恩大学医院和弗莱堡大学的研究人员对线粒体中的蛋白组装有了系统的了解。他们所构建的线粒体蛋白图谱为进一步研究细胞能量工厂的功能特性提供了重要基础，也为疾病的研究提供了依据。相关研究结果于2023年1月25日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Mitochondrial complexome reveals quality-control pathways of protein import”。
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线粒体是最重要的细胞区室之一。它们是由双层膜包围的界限分明的细胞器。线粒体产生所有细胞过程所需的大部分能量。此外，它们还承担着新陈代谢中的许多其他功能，并为炎症过程和程序性细胞死亡提供信号传导表面。
线粒体中的缺陷导致了许多疾病，特别是神经系统疾病。因此，对线粒体过程的分子理解对基础医学研究具有最高的现实意义。细胞中的分子工作者通常是蛋白。线粒体可以包含大约1000种或更多不同的蛋白。
为了执行功能，这些分子中的几种经常一起工作并形成蛋白机器，也称为蛋白复合物（protein complex）。蛋白还在分子过程的执行和调节中相互作用。然而，人们对线粒体蛋白在这些蛋白复合物中的组装知之甚少。
动态蛋白机器分析的精确性
波恩大学医院的Thomas Becker教授、Fabian den Brave博士与弗莱堡大学的Bernd Fakler教授、Uwe Schulte博士和Nikolaus Pfanner教授及其同事们一起，构建了线粒体蛋白复合物中蛋白组装的高分辨率图像，称为MitCOM。
这涉及一种称为复合物组分析（complexome profiling）的特殊方法，以前所未有的分辨率记录单个蛋白的指纹。MitCOM揭示了来自面包酵母的90%以上的线粒体蛋白在蛋白复合物中的组装。这允许识别新的蛋白-蛋白相互作用和蛋白复合物---这是为进一步研究提供重要信息。
从线粒体入口通道去除被捕蛋白的质量控制机制模型。图片来自Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-022-05641-w。
以线粒体入口通道蛋白TOM的质量控制为例
这些作者展示了这一数据集如何被用来阐明新的过程。线粒体99%的蛋白来自细胞的液体部分，即细胞质。在这个过程中，一种称为TOM复合物的蛋白机器使这些蛋白通过线粒体的双层膜进入到线粒体中。
然而，当蛋白在转运过程中被卡住时，它们是如何从TOM复合物中移除的，这一点在很大程度上还不清楚。为了阐明这一点，Becker教授和den Brave博士领导的团队使用了MitCOM数据集的信息。他们的结果显示不是进入线粒体的蛋白经过特异性标记后随后在细胞中遭受降解。
博士生Arushi Gupta的研究进一步揭示了这些经过标记的蛋白随后遭受靶向降解的一个途径。了解这些过程很重要，因为蛋白输入缺陷可导致细胞损伤和神经系统疾病。
Becker教授说，“我们研究中的例子证明了MitCOM数据集在阐明新机制和途径方面的巨大潜力。因此，这种蛋白图谱为进一步研究提供了重要的信息来源，它将帮助我们了解细胞能量工厂的功能和起源。”（生物谷 Bioon.com）
参考资料：
Uwe Schulte et al. Mitochondrial complexome reveals quality-control pathways of protein import. Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-022-05641-w.
