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合肥研究院線粒體蛋白跨膜轉(zhuǎn)運研究獲進展
2020年12月28日 08:57:58
來源：合肥物質(zhì)科學研究院 點擊量：5006
近期，中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院強磁場中心王俊峰、周數(shù)研究團隊在線粒體蛋白跨膜轉(zhuǎn)運研究中取得進展，利用液體核磁共振技術(shù)，在上首次解析出酵母線粒體內(nèi)膜Tim23通道蛋白與其底物肽段的復合物三維空間結(jié)構(gòu)。相關(guān)研究成果以Solution structure of the voltage-gated Tim23 channel in complex with a mitochondrial pres
【化工儀器網(wǎng) 科技前沿】近期，中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院強磁場中心王俊峰、周數(shù)研究團隊在線粒體蛋白跨膜轉(zhuǎn)運研究中取得進展，利用液體核磁共振技術(shù)，在上首次解析出酵母線粒體內(nèi)膜Tim23通道蛋白與其底物肽段的復合物三維空間結(jié)構(gòu)。相關(guān)研究成果以Solution structure of the voltage-gated Tim23 channel in complex with a mitochondrial presequence peptide為題，發(fā)表在Cell Research上。
線粒體擁有復雜且精細的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運系統(tǒng)以介導不同的細胞質(zhì)前體蛋白轉(zhuǎn)運至線粒體各區(qū)域。Tim23通道蛋白自身或在其他相關(guān)亞基幫助下，可特異性識別細胞質(zhì)前體蛋白，并且轉(zhuǎn)運至線粒體基質(zhì)內(nèi)或插入線粒體內(nèi)膜中。近年來，學界在該通道蛋白的功能研究中取得較大進展，但尚不知Tim23通道蛋白的三維空間結(jié)構(gòu)。
該研究解析了Tim23-pCoxIV復合物結(jié)構(gòu)，其是目前利用液體核磁共振技術(shù)解析的分子量大的膜蛋白復合物之一，并且發(fā)現(xiàn)了一系列獨特的空間結(jié)構(gòu)特點。研究發(fā)現(xiàn)，Tim23蛋白N端膜外區(qū)域包含了一個特異性識別、結(jié)合前體蛋白的結(jié)構(gòu)域。Tim23通道蛋白的控制開關(guān)采用了雙開關(guān)控制機制，其中，第一重開關(guān)是由六個帶電荷氨基酸殘基構(gòu)成的三對離子鍵，存在內(nèi)膜表面之上，起到電壓感受器的作用；第二重開關(guān)是存在于通道頂端開口內(nèi)的芳香族氨基酸側(cè)鏈，起到空間位阻的作用；后是通道的結(jié)合界面，其依靠弱氫鍵維系，在前體蛋白進入通道后，同時能夠打破氫鍵，從而使通道解離為單體。基于體外電生理實驗結(jié)果及上述蛋白結(jié)構(gòu)特點，研究人員提出了Tim23通道蛋白跨膜轉(zhuǎn)運細胞質(zhì)前體蛋白的分子機制模型。
研究工作得到國家自然科學基金、中科院、歐盟Horizon 2020項目基金的資助，核磁共振實驗獲得穩(wěn)態(tài)強磁場實驗裝置和德國法蘭克福大學核磁中心的支持。
Tim23-pCoxIV復合物的溶液狀態(tài)三維空間結(jié)構(gòu)。a.Tim23-pCoxIV復合物三級結(jié)構(gòu)；b.Tim23蛋白N端識別底物的結(jié)合方式；c.通道分子開關(guān)1-電壓感受器；d.通道分子開關(guān)2-多對芳香族氨基酸簇；e.Tim23蛋白二聚體結(jié)合界面；f.蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運通道縱向切面視圖；g.蛋白通道內(nèi)側(cè)氨基酸分布；h-k.Tim23野生型及功能區(qū)域突變體的電生理分析；I-n.Tim23通道蛋白轉(zhuǎn)運分子機制模型
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