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大多數(shù)線粒體蛋白在細(xì)胞核中編碼，由細(xì)胞質(zhì)中的核糖體合成，然后輸入線粒體室。線粒體已經(jīng)進(jìn)化出復(fù)雜的輸入系統(tǒng)，以促進(jìn)蛋白質(zhì)在其膜上的易位。外膜(TOM)復(fù)合體的轉(zhuǎn)位酶介導(dǎo)大多數(shù)蛋白質(zhì)進(jìn)入線粒體。通過TOM復(fù)合物后，蛋白質(zhì)被分類并根據(jù)目的地傳遞到不同的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制。超過一半的線粒體蛋白遵循前序列途徑到達(dá)內(nèi)膜23 (TIM23)復(fù)合體的轉(zhuǎn)位酶。這些蛋白質(zhì)底物通常在n端含有帶正電的前序列，通過TOM復(fù)合物和TIM23復(fù)合物將前蛋白引導(dǎo)到基質(zhì)。

TOM復(fù)合體是線粒體蛋白的主要入口。核心通道形成亞基是一個完整的膜β桶蛋白Tom40。蛋白質(zhì)底物通過β桶的中心在外膜上移位。Tom40與Tom22、Tom20、Tom70和Tom5、Tom6、Tom7等TOM小亞基形成二聚體和高聚物。酵母和人類TOM復(fù)合物的電子冷凍顯微鏡(cro - em)結(jié)構(gòu)揭示了這些亞基之間廣泛的相互作用。在二聚體TOM配合物中，兩個Tom22分子位于二聚體界面，并參與與兩個Tom40分子的相互作用。Tom5、Tom6和Tom7與Tom40外壁的關(guān)聯(lián)比例相等。Tom20和Tom70作為細(xì)胞質(zhì)前體蛋白的受體。Tom22也可以作為預(yù)序列的受體。

穿過TOM復(fù)合物后，含有前序列的蛋白質(zhì)底物被傳遞到內(nèi)膜的TIM23復(fù)合物中。TIM23的核心亞基是TIM23和Tim17，它們都是四膜跨越蛋白，具有序列和拓?fù)湎嗨菩?。雖然單獨的Tim23或Tim17的四個跨膜片段(TMs)不太可能完成蛋白質(zhì)傳導(dǎo)通道，但Tim23已被證明可能通過寡聚化形成通道。一般認(rèn)為Tim23是主要的通道形成亞基，而Tim17提供了必要的結(jié)構(gòu)支撐。然而，這一觀點最近受到了挑戰(zhàn)。TIM23的其他亞基包括Tim50、Tim21、Tim44、mtHsp70和Mgr2，它們作為受體、馬達(dá)和調(diào)節(jié)劑，幫助從外膜接收底物并將其拉入基質(zhì)。最近在TIM23復(fù)合體中發(fā)現(xiàn)的亞基是Mgr2，它具有兩個TMs，與Tim17和TIM23具有序列同源性。Mgr2是一個非必需的亞基，其功能是作為看門人調(diào)節(jié)TMs從轉(zhuǎn)位體的側(cè)向釋放。

在序列前途徑中，TOM和TIM23復(fù)合體被精心安排以實現(xiàn)有效的蛋白質(zhì)跨線粒體雙膜輸入。已經(jīng)確定TOM和TIM23在蛋白質(zhì)易位過程中形成一個超復(fù)合體。然而，目前尚不清楚這兩種復(fù)合物及其亞基是如何組織起來以促進(jìn)蛋白質(zhì)底物穿過兩種膜的。特別是，TIM23復(fù)合體中核心轉(zhuǎn)位酶單元的組成和組裝尚不清楚。

在本文中，為了更好地了解TOM和TIM23復(fù)合物的分子細(xì)節(jié)，特別是進(jìn)口途徑，研究人員用一系列多肽底物在體內(nèi)組裝TOM - TIM23超復(fù)合物。超級復(fù)合物的結(jié)構(gòu)和生化分析揭示了底物通過TOM復(fù)合物的中心孔轉(zhuǎn)運(yùn)時的進(jìn)口途徑，以及TIM23核心的組織，該組織創(chuàng)建了跨膜途徑，促進(jìn)蛋白質(zhì)通過內(nèi)膜轉(zhuǎn)運(yùn)。

相關(guān)研究發(fā)表在《Nature Structural & Molecular Biology》，文章標(biāo)題為：“Molecular pathway of mitochondrial preprotein import through the TOM-TIM23 supercomplex"。

電子冷凍顯微鏡分析顯示，多肽底物通過Tom40亞基的中心通過TOM復(fù)合物，與谷氨酰胺富區(qū)相互作用。結(jié)構(gòu)和生化分析表明，TIM23復(fù)合物含有一個由TIM23、Tim17和Mgr2亞基組成的異源三聚體。多肽底物被Mgr2和Tim17屏蔽，從而形成一個以帶負(fù)電荷的入口和中心疏水區(qū)域為特征的易位途徑。這些發(fā)現(xiàn)揭示了一個意想不到的通過TOM-TIM23超復(fù)合體跨越線粒體雙膜的序列前通路。