線粒體是在大多數真核生物的細胞中發現的小型、動態細胞器。它們經常被稱為”細胞的動力室”，因為它們產生了細胞中大部分的三磷酸腺苷（ATP），後者被用作化學能量的來源。一項新的研究揭示了線粒體內蛋白質的組織。

線粒體是細胞的”動力室”，在生物體的能量生產中發揮著關鍵作用，並參與各種代謝和信號過程。來自波恩大學醫院和弗萊堡大學的研究人員現在已經對線粒體內的蛋白質組織有了系統的了解。

線粒體的蛋白質圖譜為進一步探索這些細胞動力源的功能奠定了重要基礎，並對疾病的理解產生了影響。這項新研究最近發表在著名的《自然》雜誌上。

線粒體是細胞的重要組成部分，被一層雙膜所包圍，將它們與細胞的其他部分分開。它們產生維持這些活動所需的大部分能量。除了能量生產，線粒體在新陳代謝和信號傳遞中發揮著關鍵作用，作為炎症過程和程序性細胞死亡的表面。

從線粒體進入門移除被捕蛋白質的質量控制機制的模型。資料來源：Schulte等人，2023年《自然》雜誌

線粒體的缺陷導致了許多疾病，尤其是神經系統的疾病。因此，對線粒體過程的分子理解對基礎醫學研究具有最重要的意義。細胞中的分子工作者通常是蛋白質。

線粒體可以包含大約1000個或更多不同的蛋白質。為了執行功能，這些分子中的幾個經常一起工作，形成一個蛋白質機器，也稱為蛋白質複合物。蛋白質還在分子過程的執行和調節中相互作用。然而，人們對線粒體蛋白質在這種複合體中的組織結構知之甚少。

英國廣播公司的托馬斯-貝克爾教授和法比安-登-布拉夫博士的研究小組與弗萊堡大學的貝恩德-法克勒教授、烏韋-舒爾特博士和尼古拉斯-普凡納教授的研究小組一起，創建了一個蛋白質複合物中蛋白質組織的高分辨率圖像，稱為MitCOM。這涉及一種被稱為複合體分析的特殊方法，以前所未有的分辨率記錄單個蛋白質的指紋。

MitCOM揭示了來自麵包酵母的90%以上的線粒體蛋白在蛋白質複合物中的組織。這使得新的蛋白質-蛋白質相互作用和蛋白質複合體的鑑定成為可能–這對進一步的研究非常重要。

UKB的研究人員與合作研究中心1218″線粒體對細胞功能的調節”項目合作，展示了這一數據集如何被用來闡明新的過程。線粒體從細胞的液體部分（稱為細胞膜）輸入99%的蛋白質。在這個過程中，一種被稱為TOM複合體的機制使這些蛋白質通過膜被吸收到線粒體中。

然而，當蛋白質在運輸過程中被卡住時，它們是如何從TOM複合體中移除的，這一點在很大程度上還不清楚。為了闡明這一點，Becker教授和den Brave博士領導的團隊使用了MitCOM數據集的信息。結果表明，非輸入的蛋白質被專門標記為細胞降解。

博士生Arushi Gupta的研究進一步揭示了這些被標記的蛋白質隨後被定向降解的途徑。了解這些過程很重要，因為蛋白質輸入的缺陷可能導致細胞損傷和神經系統疾病。

“我們研究中的例子證明了MitCOM數據集在闡明新機制和途徑方面的巨大潛力。因此，這個蛋白質地圖代表了進一步研究的重要信息來源，它將幫助我們了解細胞動力源的功能和起源，”UKB生物化學和分子生物學研究所所長貝克爾教授說。