撰文 | 咸姐
线粒体是细胞内的能量工场，其功能的平日起首关于细胞的生计和代谢至关紧迫。线粒体的生物合成依赖于精深核基因编码的卵白质通过线粒体外膜复合体 （TOM） 和内膜复合体 （TIM） 输入线粒体基质。这一历程高度复杂且高度调控，触及多个门径：领先，卵白质前体在细胞质中合成后，通过TOM复合体插足线粒体基质，随后在TIM复合体的协助下被进一步转运至线粒体基质或镶嵌线粒体内膜 （IMM） 。可是，当卵白质输入受阻时，会导致线粒体功能阻遏，甚而细胞物化。这种输入受阻可能由多种身分引起，举例卵白质折叠子虚、输入通说念堵塞或线粒体膜电位的丧失。频年来，研讨者们对线粒体卵白质输入受阻后的细胞反馈机制进行了深化研讨，揭示了多种质料为止阶梯，举例酵母中的MitoCPR （线粒体受损卵白质输入反馈） 和MitoTAD （线粒体卵白质转运关系降解） 通路【1,2】。可是，在哺乳动物细胞中，这些机制的具体作用尚不明晰。此外，线粒体卵白质输入受阻还可能激发细胞内的应激反应，如激活未折叠卵白反应 （UPR） 或整合应激反应 （ISR） ，这些反应通过调遣基因抒发来保管细胞内环境的踏实。尽管如斯，哺乳动物细胞中是否存在雷同的机制，以及这些机制何如协同作用以支吾线粒体卵白质输入受阻，仍然是现时研讨的热门问题。
但是太阳队没有惊慌，他们在第三节慢慢尝试拉开比分，表现得很淡定。杜兰特依旧是全队的核心，拿下了27分4篮板6助攻的数据，尽管三分球5投0中，但没有出现失误，还保持了高水准的协防，令人满意。
近日，来自好意思国国立卫生研讨院的Richard J. Youle团队和东京医科齿科大学Koji Yamano团队调解在Nature Cell Biology上在线发表了文章Mitochondrial YME1L1 governs unoccupied protein translocase channels，栽种了一种哺乳动物细胞中的线粒体卵白质输入阻断系统，模拟线粒体卵白质输入受阻的情况，揭示了线粒体卵白质输入受阻后细胞的反馈机制，相配是YME1L1（一种ATP依赖性卵白酶）在保管线粒体质料和细胞健康中的关键作用，其可通过降解停滞在外膜复合体中的前体卵白，以及拔除未被占据的TIM23 （线粒体内膜上的一个卵白质转运复合体） 通说念中的组分 （如TIMM17A和TIMM23） ，来保管线粒体的平日功能。
本文研讨东说念主员构建了一个用于堵塞线粒体卵白输入通说念的前体卵白——IDF （IMMT-DHFR-FLAG） 。IDF由线粒体内膜卵白MIC60 （包含线粒体靶向序列、跨IMM的跨膜结构域及背面的82个氨基酸） 的N端与二氢叶酸复原酶 （DHFR） 融会而成。通过在HeLa细胞中训导抒发IDF，并诓骗甲氨蝶呤 （MTX） 踏实DHFR结构域，研讨东说念主员见效地将IDF固定在线粒体外膜 （OMM） 的TOM复合体中，从而模拟了线粒体卵白输入受阻的情况（图1）。试验效果标明，IDF-MTX复合体大要特异性地阻断TOM复合体，且不影响线粒体膜电位，况兼其大要有用阻断线粒体对其他前体卵白的输入，从而导致细胞助长速度显耀下跌。
图1 IDF结构（上）和IDF结巴输入通说念（下）线路图
mitoTAD通路可通过拔除TOM复合体中堵塞的卵白质前体来确保线粒体卵白质输入的平日进行。已有研讨标明，在酵母中，Cdc48偏激扶植因子Ubx2大要联结TOM复合体，索取并降解堵塞的前体卵白，退避细胞毒性。雷同地，在哺乳动物细胞中，Cdc48的同源卵白VCP （valosin-containing protein，即p97） 在PINK1-Parkin通路中发扬作用，拔除OMM上泛素化的卵白质。因此，本文研讨东说念主员领先评估了VCP在拔除堵塞的IDF–MTX复合体中的作用。可是，研讨效果骄横，与酵母中的Cdc48不同，尽管VCP大要扬弃细胞质中的DHFR结构域，但它似乎并不行匡助降解线粒体中练习体式的IDF或缓解哺乳动物细胞中输入通说念的堵塞。相同的，已知MitoCPR是一种细胞支吾线粒体卵白质输入受阻的保护机制，通过激活特定的转录因子来增强线粒体的卵白质降解智商，酵母中的Msp1 （一种定位于OMM的AAA ATPase） 是从TOM复合体中拔除过量的线粒体前体卵白所必需的。ATAD1 （ATPase family AAA domain containing 1） 是东说念主类中Msp1的同源物，具有拔除未输入线粒体前体或子虚定位卵白质的相似特色。可是，本文研讨东说念主员通过试验发现，迪士尼彩乐园总代在哺乳动物细胞中，ATAD1也不参与拔除堵塞的IDF–MTX复合体。与此同期，研讨东说念主员还发现，天然在使用CCCP防止线粒体卵白输入或通过寡霉素防止F0/F1-ATPase激发应激的情况下，OMA1对DELE1的切割大要训导转录因子ATF4的激活，但本研讨中，IDF堵塞输入通说念自己并不和会过OMA1-DELE1依赖的整合应激反应 （ISR） 激活ATF4。
至此可见，之前在酵母和哺乳动物细胞中发现的那些调遣或反馈卵白质输入或OMM齐全性的质料为止系统，似乎齐与本研讨所栽种的哺乳动物细胞中的卵白质输入阻断无关。为了处理这个问题，本文研讨东说念主员随后诓骗卵白质组学分析，联结试验考据，发现IDF–MTX复合体堵塞后，TIM23复合体 （线粒体内膜上的一个紧迫卵白质转运通说念，矜重将前体卵白从线粒体基质转运到内膜或基质中） 的两个关键亚基——TIMM17A和TIMM23的卵白水平显耀下跌，况兼这个沉静与训导药物的药理作用无关，只是由IDF-MTX复合物所引起的。进一方式试验发现，TIMM17A和TIMM23的降解依赖于YME1L1 （一种线粒体内的ATP依赖性卵白酶，属于AAA ATPase眷属，在保管线粒体功能和卵白质稳态中发扬着紧迫作用，尤其是在线粒体质料为止和应激反馈中） 的活性，YME1L1的缺失会加重因IDF–MTX堵塞导致的细胞助长防止，标明在TOM复合物阻断后，YME1L1活性似乎对这种类型的线粒体应激起保护作用。值得一提的是，研讨东说念主员排除了ISR激活、mTORC1信号通路以及线粒体与核编码卵白失衡等身分对TIMM17A降解的影响，最终证据YME1L1介导的TIM23复合体降解是线粒体卵白输入受阻后的径直反馈机制，这是初度发现与卵白质输入和TIM23通说念孔自己径直关系的降解历程，况兼TIMM17A和TIMM23的降解是导致进一步卵白质输入受阻的关键身分，而不单是是由于IDF堵塞TOM通说念的竞争作用。此外，研讨东说念主员还笃定了TIMM17A的C终局区域是YME1L1识别的关键降解信号，这个C终局的降解信号区域败露于线粒体的膜误差中，集结YME1L1的活性位点。此外，YME1L1依赖的TIMM17A选用性降解并不局限于MIC60，当使用其他底物时，举例将DHFR融会到含有双信号的内膜前体卵白时，也会发生雷同的YME1L1介导的TIMM17A降解。
终末，研讨东说念主员更详备地探究了转运卵白通说念中IDF-MTX的拓扑结构。试验效果骄横，IDF–MTX与TOM复合体组分有较强的互相作用，但与TIM23复合体组分的互相作用较弱。此外，通过体外合成IDF并将其与线粒体共孵育的试验，研讨东说念主员发现IDF的N端大要插足线粒体基质，但TIM23复合体并未被堵塞。进一步试验效果证实，IDF–MTX主要堵塞了TOM通说念，而TIM23复合体并未被径直堵塞。可是，由于IDF的N端跨膜段插足内膜，TIM23复合体的功能受到障碍影响，无法被其他前体卵白插足。
要而论之，本研讨栽种了一种不错堵塞哺乳动物细胞中的TOM通说念的IDF–MTX踏实复合体，深化探讨了线粒体卵白质输入受阻后的细胞反馈机制，发当今平日情况下，线粒体前体卵白可通过TOM和TIM23输入线粒体；而当TOM通说念被堵塞时，YME1L1大要识别未被占据的TIM23复合体，并降解其组分TIMM17A和TIMM23，从而退避进一步的前体卵白输入，利于细胞生计（图2）。本研讨效果揭示了YME1L1在保管线粒体质料和细胞健康中的关键作用，不仅增进了东说念主们对线粒体卵白质导入质料为止的剖析，还为研讨线粒体关系疾病提供了新的视角，为线粒体生物学和关系疾病研讨提供了紧迫的表面基础和试验依据。
图2 YME1L1介导的TIM23通说念降解模子
原文说合：https://doi.org/10.1038/s41556-024-01571-z
制版东说念主：十一
参考文件
1. Yamano, K., Kinefuchi, H. & Kojima, W. Mitochondrial quality control via organelle and protein degradation.J. Biochem.https://doi.org/10.1093/jb/mvad106 (2024).
2. den Brave, F., Pfanner, N. & Becker, T. Mitochondrial entry gate as regulatory hub. Biochim.Biophys. Acta Mol. Cell. Res.1871, 119529 (2024).
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