미토콘드리아 복합체의 품질이 드러남

Jun 03, 2023

Nature 614권, 153~159페이지(2023)이 기사 인용

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측정항목 세부정보

미토콘드리아는 세포 에너지, 신진대사, 신호 전달 및 품질 관리에 중요한 역할을 합니다1,2,3,4. 여기에는 호흡 복합체 및 전단백질 트랜스로카제1,3,4,5,6,7와 같은 복합체 및 슈퍼복합체로 종종 조립되는 약 1,000개의 다양한 단백질이 포함되어 있습니다. 미토콘드리아 프로테옴의 구성은 특성화되었습니다1,3,5,6; 그러나 미토콘드리아 단백질을 안정적이고 역동적인 어셈블리로 구성하는 것은 프로테옴1,4,7의 주요 부분에 대해 잘 알려져 있지 않습니다. 여기서 우리는 MitCOM이라고 불리는 효모 미토콘드리아 프로테옴의 90% 이상에 대한 고해상도 복합체 프로파일링을 사용하여 미토콘드리아 단백질 어셈블리의 정량적 매핑을 보고합니다. MitCOM 데이터 세트를 분석하면 단백질당 평균 6개 피크로 5,200개 이상의 단백질 피크가 해결되고 호흡, 신진대사, 생물 발생, 역학, 조절 및 산화환원 과정에 대한 뚜렷한 외관을 갖는 미토콘드리아 단백질 어셈블리의 주목할 만한 복잡성이 입증됩니다. 우리는 세포질 리보솜에 대한 미토콘드리아 수용체, 프로히비틴 스캐폴드 및 호흡 복합체의 상호작용자를 감지합니다. 미토콘드리아 단백질 진입 게이트에서 작동하는 품질 관리 요소의 식별은 전단백질 유비퀴틴화, 탈유비퀴틴화 및 분해에 대한 경로를 보여줍니다. 펩티딜-tRNA 가수분해효소 Pth2와 진입 게이트 사이의 상호작용을 통해 전단백질 제거를 위한 구성적 경로가 밝혀졌습니다. 대화형 프로필 뷰어를 통해 액세스할 수 있는 MitCOM 데이터 세트는 미토콘드리아 기계 및 경로의 식별, 구성 및 상호 작용을 위한 포괄적인 리소스입니다.

미토콘드리아는 다기능 세포 소기관입니다. 산화적 인산화 및 아미노산, 지질, 햄 및 철-황 클러스터의 대사 경로에서의 역할 외에도 세포 신호 전달, 산화 환원 과정, 품질 관리 및 세포 사멸에서 기능을 수행합니다. 대부분의 미토콘드리아 단백질은 세포질로부터 전구체로 유입되는 반면, 단백질의 약 1%는 세포 소기관 내부에서 합성됩니다. 미토콘드리아는 자주 분열하고 융합하는 역동적인 소기관이며, 내부 막의 특징적인 접힌 구조를 나타냅니다. 미토콘드리아의 결함은 특히 중추신경계, 신진대사 및 심혈관계에 심각한 질병을 일으킬 수 있습니다2,3.

미토콘드리아의 단백질 보체는 체계적인 단백질체 연구3,4,5에서 결정되었으며 모델 유기체 빵 효모(Saccharomyces cerevisiae)6에서 미토콘드리아 프로테옴에 대한 90% 이상의 적용 범위를 갖습니다. 대조적으로, 안정한 복합체 및 초복합체부터 일시적인 조립 중간체에 이르기까지 미토콘드리아 단백질을 단백질 조립체로 구성하는 것은 부분적으로만 이해됩니다. 미토콘드리아 프로테옴1,4,7의 구성을 연구하기 위해 친화성 정제, 기본 전기 영동, 겔 여과, 밀도 구배, 가교 및 구조 생물학과 같은 다양한 접근법이 적용되었습니다. 이러한 각 접근법은 선택된 미토콘드리아 복합체에 대한 중요한 정보를 제공했지만 예상되는 많은 수의 개별 단백질 어셈블리에 대한 포괄적인 개요를 제공하지는 못했습니다.

우리는 저온 절단 및 질량 분석 분석(csBN-MS)8,9과 결합된 청색 기본 전기 영동을 기반으로 효모 미토콘드리아 및 관련 단백질의 포괄적인 고해상도 복합체를 보고합니다. 우리는 csBN-MS를 단백질 분리부터 단백질 프로필의 고급 검출 및 정량화까지 체계적으로 개선하여 미토콘드리아 복합체(MitCOM)7,9,10의 높은 분해능과 적용 범위를 제공했습니다. MitCOM은 신뢰도가 높은 미토콘드리아 프로테옴의 90% 이상을 다루며 미토콘드리아 단백질 어셈블리와 그 정량적 외관에 대한 풍부한 정보를 제공합니다.

pyro-Glu (N-term Q), Glu->pyro-Glu (N-term E) and oxidation (M), fragment mass tolerance = ± 20 mmu, missed tryptic cleavage(s) = 1. Export filter settings were as follows: peptide-spectrum-match (PSM) FDR = 3%, minimum ion score = 0.5, grouping of related protein hits used the name of the predominant member. Exogenous contaminants (for example, keratins, trypsin, IgG chains) or protein identifications based on only one specific peptide in less than three slice samples were not considered further./p>

3.0.CO;2-W" data-track-action="article reference" href="https://doi.org/10.1002%2F%28SICI%291097-0061%28199907%2915%3A10B%3C963%3A%3AAID-YEA399%3E3.0.CO%3B2-W" aria-label="Article reference 45" data-doi="10.1002/(SICI)1097-0061(199907)15:10B3.0.CO;2-W"Article CAS Google Scholar /p>

3.0.CO;2-U" data-track-action="article reference" href="https://doi.org/10.1002%2F%28SICI%291097-0061%28199807%2914%3A10%3C953%3A%3AAID-YEA293%3E3.0.CO%3B2-U" aria-label="Article reference 46" data-doi="10.1002/(SICI)1097-0061(199807)14:103.0.CO;2-U"Article CAS Google Scholar /p>

3.0.CO;2-B" data-track-action="article reference" href="https://doi.org/10.1002%2F1097-0061%2820000630%2916%3A9%3C857%3A%3AAID-YEA561%3E3.0.CO%3B2-B" aria-label="Article reference 68" data-doi="10.1002/1097-0061(20000630)16:93.0.CO;2-B"Article CAS Google Scholar /p> 0.95 (grey dots) and used as distance measure for t-SNE. As a result, close co-localization on this map indicates potential association of the respective proteins into one or more complexes with a defined apparent molecular mass (i.e. localization in Fig. 1c). Top insets are stepwise zooms into the plot resolving a closely co-localized group of protein profile segments representing the main peak of succinate dehydrogenase (respiratory chain complex II) assembled from four subunits Sdh1–4. Note the exquisite co-localization and discrimination of these subunit even at highest magnification factors (indicated in each inset). Bottom insets are magnification of the framed windows in the central plot demonstrating close co-localization of profile segments of biochemically verified subunits of the indicated multi-protein complexes: SAM complex (left), prohibitin/m-AAA supercomplex (middle), assembly of Om14 with TOM (right)./p>1,800 kDa, the majority of metabolism-linked proteins, however, migrate below 320 kDa. The category protein biogenesis and turnover shows the highest abundance between 180 and 320 kDa in agreement with the sizes observed for major protein translocases62,70,71. Proteins involved in regulatory or redox processes are predominantly found in the low molecular mass range. The category morphology and dynamics displays a broad distribution with a maximum at an apparent mass of >3,200 kDa (Fig. 2) that includes the mitochondrial contact site and cristae organizing system (MICOS) and associated assemblies1,10./p>

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