子科生物報道：

北京時間2021年8月27日凌晨，湖北洪山實驗室、作物遺傳改良國家重點實驗室和生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院蛋白質(zhì)科學(xué)研究團(tuán)隊殷平教授課題組在Science雜志在線發(fā)表題為“Structural insight into the SAM-mediated assembly of mitochondrial TOM core complex”的研究論文，揭示了線粒體外膜TOM轉(zhuǎn)位酶復(fù)合體組裝的分子機(jī)制。

線粒體是真核細(xì)胞能量代謝的主要場所，與動植物的生長發(fā)育密切相關(guān)。線粒體的生命活動需要多達(dá)1000種蛋白質(zhì)參與，線粒體蛋白正確的靶向運輸是線粒體正常行使功能的基礎(chǔ)前提。99%的線粒體蛋白由細(xì)胞核基因編碼，在細(xì)胞質(zhì)中翻譯為蛋白前體，再通過線粒體轉(zhuǎn)位酶復(fù)合體運輸至線粒體的各個部位。其中，超過90%的蛋白前體經(jīng)線粒體外膜TOM轉(zhuǎn)位酶復(fù)合體（The translocase of the outer mitochondrial membrane）運輸進(jìn)入線粒體。TOM是由7個亞基組成的膜蛋白復(fù)合體，包括核心通道Tom40（β桶膜蛋白）和6個單次α螺旋跨膜蛋白：調(diào)控蛋白Tom5、Tom6和Tom7以及受體蛋白Tom20、Tom22和Tom70。TOM的組裝是一個瞬時、多步驟且高度動態(tài)的過程，研究難度大，受到科學(xué)家的廣泛關(guān)注。已有研究表明，TOM的組裝需要線粒體外膜SAM復(fù)合物（The mitochondrial sorting and assembly machinery）的協(xié)助，但是，SAM復(fù)合物如何協(xié)助TOM組裝的分子機(jī)制尚不清楚。

為了探索TOM轉(zhuǎn)位酶復(fù)合體的組裝機(jī)制，研究團(tuán)隊獨辟蹊徑，利用哺乳動物細(xì)胞重組表達(dá)系統(tǒng)重構(gòu)了該組裝過程，并實現(xiàn)精準(zhǔn)控制，人為為組裝按下“暫停鍵”。該方法使得研究者捕獲了TOM組裝過程的多個中間態(tài)并獲得其蛋白樣品，攻克了領(lǐng)域內(nèi)多年來的難題?；诖?，研究者利用單顆粒冷凍電鏡技術(shù)首次解析了兩個重要中間態(tài)的高分辨三維結(jié)構(gòu)（圖2），并結(jié)合功能分析闡明了SAM復(fù)合物組裝以及釋放TOM的分子機(jī)制：在TOM組裝過程中，Tom40、Tom5和Tom6在SAM復(fù)合物的穩(wěn)定下進(jìn)行組裝，Tom7促使組裝好的Tom40/Tom5/Tom6脫離SAM復(fù)合物。該研究成果有助于理解TOM轉(zhuǎn)位酶復(fù)合體的組裝過程，能更好地探究線粒體蛋白的生物發(fā)生，為線粒體疾病治療和作物遺傳改良提供理論基礎(chǔ)。同時，該研究的方法和成果為闡明葉綠體蛋白生物發(fā)生機(jī)制提供了新的視角。

據(jù)悉，該研究團(tuán)隊于2020年9月8日在Cell Research雜志上首次報道了線粒體內(nèi)膜TIM22轉(zhuǎn)位酶復(fù)合體的組成全貌，于2021年4月13日在Cell Discovery雜志上報道了線粒體外膜TOM轉(zhuǎn)位酶復(fù)合體的二聚體與三聚體轉(zhuǎn)換調(diào)控機(jī)制。此次Science報道的TOM轉(zhuǎn)位酶復(fù)合體組裝機(jī)制，是該研究團(tuán)隊聚焦線粒體蛋白轉(zhuǎn)運分選分子機(jī)制的又一突破。

我校生科院王強(qiáng)博士、官澤源博士和漆良波博士為該論文共同第一作者，殷平教授為該論文通訊作者，清華大學(xué)閆創(chuàng)業(yè)研究員參與該研究。校級蛋白質(zhì)平臺為該研究的開展提供了強(qiáng)有力的支持。前期冷凍樣品制備和樣品篩選主要在華中農(nóng)業(yè)大學(xué)電鏡平臺完成，冷凍電鏡數(shù)據(jù)收集在西湖大學(xué)冷凍電鏡平臺完成。王強(qiáng)博士和官澤源博士受博士后創(chuàng)新人才計劃和博士后面上基金的支持，三位博士均受生科院博士后百川計劃支持。該研究受到了科技部項目、國家自然科學(xué)基金、校自主創(chuàng)新基金的資助。