清華新聞網(wǎng)6月24日電 線(xiàn)粒體作為真核細(xì)胞的重要細(xì)胞器在各種細(xì)胞活動(dòng)中發(fā)揮不可忽視的作用，例如能量調(diào)節(jié)、細(xì)胞凋亡、自噬等。線(xiàn)粒體內(nèi)有1500-2000種不同的蛋白協(xié)同完成各項(xiàng)功能，其中90%以上的蛋白都是在細(xì)胞質(zhì)中合成的。因此，它們必須轉(zhuǎn)運(yùn)至線(xiàn)粒體內(nèi)部才能發(fā)揮功能，這主要是通過(guò)TOM復(fù)合物完成的。定位于線(xiàn)粒體外膜的TOM復(fù)合物通過(guò)識(shí)別、傳遞、轉(zhuǎn)運(yùn)三個(gè)主要步驟將在細(xì)胞質(zhì)中合成的蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)至線(xiàn)粒體內(nèi)部。在人體中，TOM復(fù)合物的缺陷和多種疾病相關(guān)，尤其是與帕金森綜合癥關(guān)系密切。完整的TOM復(fù)合物由七種不同的亞基構(gòu)成，分別為β-桶結(jié)構(gòu)用來(lái)形成通道的Tom40亞基；α-螺旋結(jié)構(gòu)的受體蛋白Tom20、Tom22和Tom70；以及三個(gè)圍繞Tom40的小亞基Tom5、Tom6和Tom7。雖然已有TOM復(fù)合物的結(jié)構(gòu)發(fā)表，但由于受體亞基的不穩(wěn)定性，發(fā)表的結(jié)構(gòu)中都不包含Tom20、Tom70以及完整的Tom22胞質(zhì)區(qū)，這極大限制了人們對(duì)于TOM復(fù)合物的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制的理解。
6月22日，清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院隋森芳教授課題組在《美國(guó)科學(xué)院院報(bào)》（Proc Natl Acad Sci U S A）期刊上發(fā)表了題為“Tom20和Tom22的胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域作為人源線(xiàn)粒體TOM復(fù)合體受體的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)”（Structural basis of Tom20 and Tom22 cytosolic domains as the human TOM complex receptors）的研究論文。通過(guò)冷凍電鏡單顆粒分析技術(shù)解析了包含Tom22及Tom20胞質(zhì)區(qū)的TOM復(fù)合物的高分辨率結(jié)構(gòu)，并進(jìn)一步結(jié)合生物化學(xué)方法推測(cè)了TOM復(fù)合物轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的機(jī)制。
人源TOM復(fù)合物的結(jié)構(gòu)：A、TOM核心復(fù)合物的結(jié)構(gòu) B、包含Tom22及Tom20胞質(zhì)區(qū)的TOM復(fù)合物的結(jié)構(gòu)
隋森芳團(tuán)隊(duì)首先獲得了人源線(xiàn)粒體TOM核心復(fù)合體（僅包含Tom40、Tom22、Tom5、Tom6、Tom7）的結(jié)構(gòu)，分辨率高達(dá)2.53?，是目前該復(fù)合體的最高分辨率。該結(jié)構(gòu)揭示了大量蛋白與蛋白以及磷脂與蛋白間的相互作用，這些相互作用對(duì)于維持TOM復(fù)合體的穩(wěn)定性至關(guān)重要。他們進(jìn)一步通過(guò)交聯(lián)實(shí)驗(yàn)穩(wěn)定TOM復(fù)合體，從而成功獲得了包含受體蛋白Tom20及Tom22的胞質(zhì)區(qū)的TOM復(fù)合體的結(jié)構(gòu)，分辨率為3.74?。結(jié)構(gòu)分析表明，Tom22的N端胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域與Tom20的C端胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域具有相似的三螺旋束結(jié)構(gòu)。已有的研究表明Tom20的胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域是被轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白前序列（presequence）的主要結(jié)合位點(diǎn)，因此他們推測(cè)Tom22也可能通過(guò)其胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域與前序列結(jié)合。進(jìn)一步的生化實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了他們的猜想，并發(fā)現(xiàn)三螺旋束中的第一個(gè)螺旋對(duì)這種結(jié)合是關(guān)鍵的。這些結(jié)果為T(mén)OM復(fù)合體識(shí)別和跨線(xiàn)粒體膜轉(zhuǎn)移蛋白的作用機(jī)制提供了深入的見(jiàn)解。
生命學(xué)院隋森芳教授和孫珊副研究員為本文共同通訊作者。生命學(xué)院2018級(jí)博士生蘇家躍、已出站博士后劉德生為本文的共同第一作者。清華大學(xué)冷凍電鏡平臺(tái)工程師楊帆參與了電鏡數(shù)據(jù)分析；生命學(xué)院2019級(jí)博士生李暢參與了生化樣品的制備；北京生命科學(xué)研究所董夢(mèng)秋研究員和2020級(jí)博士生左美晴進(jìn)行了交聯(lián)質(zhì)譜的工作。國(guó)家蛋白質(zhì)科學(xué)研究（北京）設(shè)施清華基地冷凍電鏡平臺(tái)和計(jì)算平臺(tái)為數(shù)據(jù)收集和處理提供了支持。膜生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、北京市結(jié)構(gòu)生物學(xué)高精尖創(chuàng)新中心、北京生物結(jié)構(gòu)前沿研究中心、科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金等為本研究提供了經(jīng)費(fèi)支持。
論文鏈接：
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2200158119
供稿：生命學(xué)院
題圖設(shè)計(jì)：梁晨
編輯：李華山
審核：呂婷
