粒線體關鍵蛋白質結構之謎解開  為疾病治療奠基礎

奧地利科技學院(IST Austria)的科學家,為這些蛋白質複合物的作用機制,拼上最後一塊拼圖。

 

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編譯/巫芝岳

近(6)日,奧地利科技學院(IST Austria)的科學家,解開在所有哺乳動物粒線體蛋白質「超複合物」(supercomplexes)中,唯一結構仍未知的「CIII2CIV」超複合物,可說為這些蛋白質複合物的作用機制,拼上最後一塊拼圖,也幫粒線體疾病的新療法奠定更多科學基礎。該研究發表於頂尖期刊《Nature》。

在粒線體進行細胞呼吸時,電子傳遞鏈(electron transport chain)中,由數項蛋白質複合物組成的高分子量「超複合物」扮演了重要角色。其中,由複合物I (complex I, CI)、複合物III (complex III, CIII)和複合物IV (complex IV, CIV)組合而成的多項超複合物,雖已被發現存在於哺乳動物中,但其中「CIII2CIV」確實的結構和作用機制仍未知。

(編按:電子傳遞鏈係指經由粒線體內膜上一系列蛋白質,將電子傳遞後,透過氧化與還原作用,把能量釋放出來,幫助合成細胞中「能量載體」分子——三磷酸腺苷(ATP)的過程。)

本次,由該領域著名科學家、IST Austria教授Leonid A. Sazanov所領導的團隊,透過冷凍電子顯微鏡等技術,詳細在小鼠與綿羊細胞中,觀察出從CIII2形成前的前體(precursor),到最後組合成「CIII2CIV」超複合物的過程和結構變化。

研究人員表示,他們發現CIII2和CIV結合時,兩複合物不僅是表面上的接觸,而是CIV會像釣魚時使用的「魚鉤」,CIII2則像魚一般,將CIV「咬」入其結構深處,以達到緊密結合的目的。

此外,他們也發現,CIII2CIV具有「鎖定」和「未鎖定」兩種不同模式。在「鎖定」狀態下,CIII2仍有部分缺失,導致兩複合物間相互作用非常緊密;一但CIII2缺失的部分組裝完成,就會透過SCAF1這項蛋白質連接起來、同時不互相干擾,達到又稱為成熟模式的「未鎖定」狀態。

研究團隊也證實,CIII2CIV具有微調電子傳遞鏈中,電子轉移效率的作用,並能進而優化細胞代謝;過去的研究也已發現,小鼠和斑馬魚若缺乏SCAF1,則個體會明顯更小、更不健康、生育率低。

在這項研究發表前,CIII2CIV僅在植物與酵母菌細胞中被詳細研究,且和其在哺乳動物細胞上差異相當大。

而連同過去的研究,該團隊已確定了哺乳動物粒線體中,所有超複合物的結構,也為粒線體相關疾病的新療法,奠定更多科學基礎。

參考資料:

1.論文原文:https://www.nature.com/articles/s41586-021-03927-z

2.https://www.news-medical.net/news/20211007/Scientists-elucidate-the-structure-of-protein-complex-essential-for-proper-functioning-of-cells.aspx

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