蒋辉实验室发现线粒体外膜蛋白降解的新途径

2018年1月2日,蒋辉实验室在《journal of cell biology》杂志发表了题为 “Mitochondrial inner-membrane protease Yme1 degrades outer-membrane proteins Tom22 and Om45”的研究论文。之前众多关于线粒体外膜蛋白降解的研究表明外膜蛋白经细胞质内的泛素化和蛋白酶体系统进行降解，本论文报道了出乎意料的新发现:两个线粒体外膜蛋白Tom22和Om45可被位于线粒体内膜的Yme1蛋白酶复合物识别并被拉进线粒体内部进行降解。

    细胞器膜蛋白的质量控制对细胞器功能维持和细胞存活至关重要。线粒体起源于内共生原核生物，拥有双层膜结构。线粒体外膜大多数蛋白起源于真核生物，已知通过泛素化系统降解。被外膜包裹的线粒体内部具有许多原核起源的蛋白及其复合物，它们通过同样源于原核的AAA－protease降解。这两个系统独立进行，维护线粒体的蛋白质组稳态平衡。蒋辉实验室于数年前开始系统分析线粒体外膜蛋白的降解方式，并于2016年报道了位于细胞质的Doa1-Cdc48复合物负责识别降解泛素化的外膜蛋白（Wu et al., JCB 2016）。该研究同时发现了不依赖蛋白酶体降解的外膜蛋白Tom22和Om45。最新发表的论文通过遗传筛选和生化分析，发现Tom22和Om45都具有位于膜间隙的结构域，这些结构域在高温或有突变等情况下可以被位于内膜的AAA-protease Yme1复合物识别。底物被Yme1 ATPase domain拉进线粒体内部，然后通过protease domain进行降解。通过in vivo site-specific photocrosslinking实验，研究人员提供了证据表明:1.底物位于膜间隙的结构域可以与Yme1复合物有直接的相互作用；2.底物位于细胞质的结构域可以在Yme1 ATPase活性作用下穿过外膜抵达线粒体内部与Yme1复合物发生直接接触。这些结果证明Yme1复合物可以从线粒体内部监测外膜蛋白质量，表明线粒体外膜蛋白的质量控制由线粒体外的泛素系统和线粒体内的蛋白酶系统共同维持。

吴溪博士为本文的第一作者，李兰兰为第二作者。吴溪博士和蒋辉博士为共同通讯作者。该研究由科技部973项目,北京市政府,中国博士后科学基金,及北京博士后研究基金资助，在北京生命科学研究所完成。