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大多數(shù)線粒體蛋白在細胞核中編碼，由細胞質(zhì)中的核糖體合成，然后輸入線粒體室。線粒體已經(jīng)進化出復雜的輸入系統(tǒng)，以促進蛋白質(zhì)在其膜上的易位。外膜(TOM)復合體的轉(zhuǎn)位酶介導大多數(shù)蛋白質(zhì)進入線粒體。通過TOM復合物后，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(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復合物和TIM23復合物將前蛋白引導到基質(zhì)。

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(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(zhì)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(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(zhì)底物穿過兩種膜的。特別是，TIM23復合體中核心轉(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(jié)構(gòu)和生化分析揭示了底物通過TOM復合物的中心孔轉(zhuǎn)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(zhì)通過內(nèi)膜轉(zhuǎn)運。

相關(guān)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(jié)構(gòu)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。