Белки в мембрану митохондрии встраивает инсертаза MTCH2

Идентифицирован и описан локализованный на внешней митохондриальной мембране белок MTCH2. Он действует как инсертаза, встраивая различные альфа-спиральные белки во внешнюю мембрану митохондрии. Это объясняет широкое разнообразие фенотипических последствий его потери.

Credit:
123rf.com

Ученые из США опубликовали в Science статью о ранее не описанном механизме встраивания альфа-спиральных белков во внешнюю мембрану митохондрий. Митохондрии — органеллы, участвующие в энергетическом метаболизме, — возникли на заре эволюции эукариот в результате симбиогенеза, то есть внедрения близкой риккетсиям прокариотической клетки в более крупную, которая, видимо, относилась к археям. Это определяет устройство современных митохондрий — наличие двух функционально различных мембран, небольшого кольцевого генома, обеспечивающего их частичную генетическую автономность, и другие специфические черты.

Митохондрия активно взаимодействует с окружающей ее цитоплазмой, в том числе обмениваясь белками и сигнальными молекулами. Для этого необходим, в частности, направленный транспорт определенных белков через мембраны этой органеллы. Обычно такие белки имеют особые последовательности (сигналы митохондриальной локализации) и транспортируются внутрь митохондрий транслоказами мембраны митохондрий: внешней (TOM) и внутренней (TIM).

Теперь коллектив ученых из Массачусетского технологического института и Калифорнийского технологического института в Пасадене обнаружил другой механизм — направленное встраивание ряда альфа-спиральных белков непосредственно в саму внешнюю мембрану митохондрий. С помощью метода конкурентного связывания in vitro они показали, что такая интеграция белков может происходить без участия комплекса транслоказы TOM.

Чтобы описать механизм этого процесса, авторы провели скрининг с помощью технологии CRISPR и репортерной метки на основе расщепленного GFP. Таким образом оценивали, насколько активно модельный заякоренный альфа-спиральный белок (TA) — OMP25 — проникает в митохондрии при нехватке того или иного белка. (ТА-белки — tail-anchored, или «заякоренные хвостом», — имеют одну альфа-спираль на С-конце, удерживающую их в мембране.)

Оказалось, что сильнее всего встраивание белка OMP25 подавляет недостаток MTCH2 — белка, локализованного на внешней мембране митохондрий. MTCH2 относится к семейству транспортеров SLC25, которые переносят различные метаболиты в матрикс митохондрий.

Потеря MTCH2 вызывает разнообразные плейотропные фенотипические проявления: дефекты митохондрий, липидного гомеостаза и апоптоза. Поэтому авторы предположили, что MTCH2 играет ключевую роль в функционирования целого ряда белков внешней митохондриальной мембраны. Методами количественной протеомики они определили уровень эндогенных белков в митохондриях нормальных клеток, а также в клетках, лишенных MTCH2.

Оказалось, что в отсутствие MTCH2 на внешней мембране митохондрий стало значительно меньше некоторых ТА-белков, а также белков с сигнальной последовательностью для соответствующей локализации (signal-anchored, SA) и белков с несколькими трансмембранными доменами.

Поскольку MTCH2 не оказывает заметного влияния на уровни мРНК этих белков, описанный эффект должен быть посттрансляционным — и исследователи подтвердили это с помощью метки на основе GFP. Они выяснили, что роль MTCH2 состоит в инсертазной активности — то есть встраивании других белков в мембрану. Это различные альфа-спиральные белки, но не те, которые содержат бета-бочонки.

In vitro исследования суспензии митохондрий показало, что MTCH2 также не активен в отношении белков межмембранного пространства митохондрий и белков, локализованных в матриксе. Сайт-специфическое сшивание молекул (кросс-линкинг) указало, что MTCH2 физически взаимодействует с белками при их интеграции в мембрану. Эксперименты с липосомами, несущими MTCH2, подтвердили, что его одного вполне достаточно для встраивания в них его белков-мишеней.

В статье также описан MTCH1 — его близкий паралог MTCH2, который способствует его инсертазной активности MTCH2. Биоинформатический анализ обнаружил и других представителей семейства SLC25, не имеющих канонических консервативных последовательностей и локализованных в митохондриях и пероксисомах.

Предсказание структуры MTCH2 с помощью AlphaFold2 предполагает наличие у белка глубокого желоба, в который обращены остатки полярных и заряженных аминокислот. Внесенные в эту часть белка мутации нарушили активность MTCH2 как инсертазы — следовательно, именно этот желоб отвечает за функции белка.

В то же время эксперименты с линией человеческих клеток K562 (модель миелоидной лейкемии) не подтвердили роли MTCH2 в процессе апоптоза.

Роль MTCH2, установленная в этом исследовании, объясняет разнообразие его фенотипических эффектов, подчеркивают авторы. Дефицит этого белка может вносить вклад в развитие широкого круга патологий — от редких наследственных митохондриальных заболеваний до болезни Альцгеймера. Авторы напоминают, что на связь между локусом, в котором находится ген этого белка. и болезнью Альцгеймера указывало несколько полногеномных поисков ассоциаций.

Источник

Guna, A.,et al. MTCH2 is a mitochondrial outer membrane protein insertase // Science, Vol. 378, Issue 6617, pp. 317–322. Published: 20 Oct 2022. DOI: 10. 1126/science.add1856

Добавить в избранное