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大多數(shù)線粒體蛋白在細胞核中編碼，由細胞質中的核糖體合成，然后輸入線粒體室。線粒體已經(jīng)進化出復雜的輸入系統(tǒng)，以促進蛋白質在其膜上的易位。外膜(TOM)復合體的轉位酶介導大多數(shù)蛋白質進入線粒體。通過TOM復合物后，蛋白質被分類并根據(jù)目的地傳遞到不同的蛋白質轉運機制。超過一半的線粒體蛋白遵循前序列途徑到達內(nèi)膜23 (TIM23)復合體的轉位酶。這些蛋白質底物通常在n端含有帶正電的前序列，通過TOM復合物和TIM23復合物將前蛋白引導到基質。

TOM復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復合物的電子冷凍顯微鏡(cro - em)結構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外壁的關聯(lián)比例相等。Tom20和Tom70作為細胞質前體蛋白的受體。Tom22也可以作為預序列的受體。

穿過TOM復合物后，含有前序列的蛋白質底物被傳遞到內(nèi)膜的TIM23復合物中。TIM23的核心亞基是TIM23和Tim17，它們都是四膜跨越蛋白，具有序列和拓撲相似性。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傳導通道，但Tim23已被證明可能通過寡聚化形成通道。一般認為Tim23是主要的通道形成亞基，而Tim17提供了必要的結構支撐。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、馬達和調節(jié)劑，幫助從外膜接收底物并將其拉入基質。最近在TIM23復合體中發(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節(jié)TMs從轉位體的側向釋放。

在序列前途徑中，TOM和TIM23復合體被精心安排以實現(xiàn)有效的蛋白質跨線粒體雙膜輸入。已經(jīng)確定TOM和TIM23在蛋白質易位過程中形成一個超復合體。然而，目前尚不清楚這兩種復合物及其亞基是如何組織起來以促進蛋白質底物穿過兩種膜的。特別是，TIM23復合體中核心轉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復合物的分子細節(jié)，特別是進口途徑，研究人員用一系列多肽底物在體內(nèi)組裝TOM - TIM23超復合物。超級復合物的結構和生化分析揭示了底物通過TOM復合物的中心孔轉運時的進口途徑，以及TIM23核心的組織，該組織創(chuàng)建了跨膜途徑，促進蛋白質通過內(nèi)膜轉運。

相關研究發(fā)表在《Nature Structural & Molecular Biology》，文章標題為：“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復合物，與谷氨酰胺富區(qū)相互作用。結構和生化分析表明，TIM23復合物含有一個由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超復合體跨越線粒體雙膜的序列前通路。