線粒體通過氧化磷酸化( oxidative phosphorylation, OXPHOS)?過程以ATP的形式產(chǎn)生哺乳動物細(xì)胞所需的能量，OXPHOS包含五種復(fù)合體（complexes I-V [CI-CV]），它們在線粒體內(nèi)膜上被獨(dú)立地定位或組裝成超級復(fù)合體（supercomplex，SCs），例如超級復(fù)合體I + III2?+ IV，超級復(fù)合體III2?+ IV。線粒體呼吸體（超級復(fù)合體I + III2?+ IV）的組裝途徑尚未完全了解。

2021年4月13日，溫州醫(yī)科大學(xué)呂建新教授團(tuán)隊在Cell Reports雜志發(fā)表研究論文“A membrane arm of mitochondrial complex I sufficient to promote respirasome?formation”。研究顯示了早期的亞復(fù)合體I組件而非完整的復(fù)合體I就足以促進(jìn)線粒體呼吸體組裝。且位于膜臂的PD-a模塊是推進(jìn)超級復(fù)合體I+Ⅲ2+IV組裝的關(guān)鍵。

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復(fù)合體I（CI）作為的呼吸鏈復(fù)合體，由14個核心亞基和31個非核心亞基組成。復(fù)合體I可以分為嵌入線粒體內(nèi)膜的膜臂（又可分為PP-a、PP-b、PD-a、PD-b模塊）以及伸入線粒體基質(zhì)的基質(zhì)臂（又可分為N模塊和Q模塊）。

結(jié)果速遞

TIMMDC1的缺失導(dǎo)致呼吸體亞組裝體的積累

TIMMDC1，也稱為C3orf1，被確定為CI的組裝因子，在CI的組裝過程，TIMMDC1介導(dǎo)PP-a模塊和PP-b模塊的組裝。研究人員利用HEK293T細(xì)胞構(gòu)建兩種細(xì)胞模型，即TIMMDC1的完全KO或KD。與對照組相比，TIMMDC1的KO和KD均導(dǎo)致細(xì)胞ATP含量顯著降低，并在TIMMDC1缺失的細(xì)胞模型中檢測到另一種未知復(fù)合體，復(fù)合體亞組裝體（Respirasome subcomplex，RS），分子量介于超級復(fù)合體I+Ⅲ2+IV和復(fù)合體I之間。

圖1：TIMMDC1的丟失導(dǎo)致呼吸體亞組裝體的積累

RS包含復(fù)合體I的PP-b模塊和PD-a模塊

為了進(jìn)一步闡明來自TIMMDC1缺失細(xì)胞的RS中CI成分的作用，基于線粒體CI的蛋白質(zhì)組學(xué)分析結(jié)果，用代表不同CI模塊的抗體免疫標(biāo)記RS。利用非變性膠Blue Native PAGE技術(shù)和免疫印跡技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)該復(fù)合體包含復(fù)合體I的PP-b模塊，PD-a模塊，且只有部分CI模塊被組裝到RS上，其中PD-a模塊是RS的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)組成。

圖2：RS包含復(fù)合體I的PP-b模塊和PD-a模塊

RS是TIMMDC1介導(dǎo)的呼吸體組裝的包含CIII和CIV的中間體

TIMMDC1缺失的細(xì)胞模型中分別敲低了來自CIII和CIV的各個組成亞基進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)RS含有CIII和CIV。研究人員構(gòu)建野生型HEK293T細(xì)胞過表達(dá)TIMMDC1模型，通過免疫共沉淀（Co-IP）以及質(zhì)譜鑒定（LC-MSMS）確定了TIMMDC1與CI、CIII、CIV的組裝因子間相互作用。

圖3：RS保持CIII和CIV的穩(wěn)態(tài)水平

此外，研究人員用HEK293T細(xì)胞敲除CI不同模塊的代表性亞基，并利用非標(biāo)記定量蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)檢測不同亞基的蛋白相對表達(dá)量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了PD-a模塊的缺失影響CI各個模塊中的亞基以及CIII和CIV的亞基的蛋白含量。此外還證明了PD-a模塊的缺失影響CIII和CIV的穩(wěn)定水平。非常榮幸青蓮百奧參與了該研究項目的非標(biāo)記定量蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)檢測。

總結(jié)

綜上所述，該研究團(tuán)隊提出了基于PD-a模塊的線粒體超級復(fù)合體的組裝新模型。CIII和CIV與PD-a模塊上先開始超級復(fù)合體I+III2+IV的組裝。TIMMDC1作為另一個超級復(fù)合體組裝因子，繼續(xù)CI的組裝，并最終完成復(fù)合體I+III2+IV即呼吸體的組裝。

線粒體復(fù)合體I的膜臂足以促進(jìn)呼吸體的形成

A membrane arm of mitochondrial complex I sufficient to promote respirasome formation

期刊名稱：Cell Reports

IF：8.109

樣本選擇：細(xì)胞樣本

技術(shù)策略：Label Free蛋白質(zhì)組學(xué)；互作蛋白鑒定