TOM-комплекс, импорт белков в митохондрии, общие сведения
На внешней мембране митохондрий дрожжей присутствуют два рецепторных субкомплекса ( субкомплекс Tom20-Tom22 и субкомплекс Tom70-Tom72-Tom37 ), участвующих в узнавании митохондриальных белков-предшественников ( рис. 1 и рис. 2 ). Доставка белков- предшественников к внешней мембране митохондрий может идти двумя путями. Один путь зависит от N-этилмалеимидчувствительного MSF , гидролиза АТР и использует рецепторный субкомплекс Tom70-Tom72-Tom37 ( рис. 1, А ); другой - от Hsp70 , АТР-независим и использует рецепторный субкомплекс Tom20-Tom22 ( рис. 1, Б ) [ Komiya Т. et al., 1996 ]. Показано, что цитоплазматический домен белка Тom70 способен связываться с белком-предшественником только в присутствии MSF, формируя стабильный комплекс белок-предшественник-MSF-Tom70. Затем происходит АТР-зависимый перенос белка-предшественника из вышеуказанного комплекса на субкомплекс Tom20-Tom22, Tom20 образует комплекс с белком-предшественником в присутствии Hsp70 , причем последний не входит в конечный комплекс [ Komiya Т. et al., 1997 ].
Tom20-Tom22-рецептор , по-видимому, является универсальным, так как им непосредственно узнаются большинство белков-предшественников. В то же время этот субкомплекс вовлечен в импорт и тех белков- предшественников (ADP/ATP-транслокатор, переносчик фосфата, альдегиддегидрогеназа), которые первоначально узнаются Tom70-Tom72-Tom37-субкомплексом [ Haucke V., Lithgow T., 1997 , Lill R., Neupert W., 1996 , Iwahashi J. et al., 1997 ]. Не исключено, что пресиквенсы белков-предшественников до взаимодействия с рецепторами контактируют также с фосфолипидами внешней мембраны митохондрий [ Hajek P., Bedwell D.M., 1994 , Torok Z. et al., 1994 ].
На основании того, что основные компоненты ТОМ-комплекса содержат отрицательно заряженные домены, в качестве модели транслокации процессируемых белков-предшественников через внешнюю мембрану митохондрии была предложена так называемая "гипотеза кислой цепи" ("acid chain hypothesis") [ Honlinger A. et al., 1995 , Bolliger L. et al., 1995 ]. В соответствии с этой моделью такие белки-предшественники транслоцируются через внешнюю мембрану, перескакивая с одного отрицательно заряженного домена ТОМ-комплекса на другой (их аффинность к положительно заряженному пресиквенсу возрастает по направлению к межмембранному пространству) [ Honlinger A. et al., 1995 , Komiya Т. et al., 1998 ].
Наличие двух сайтов связывания пресиквенса на внешней мембране митохондрий было показано на экспериментах с везикулами из очищенных внешних мембран. Наблюдалось АТР-независимое взаимодействие пресиквенса с цис-сайтом на внешней поверхности (его формируют цитоплазматические домены Tom20 и Tom22 ), который чувствителен к обработке протеиназами, и транс-сайтом на внутренней поверхности внешней мембраны митохондрий [ Мауеr A. et al., 1995 ].
Связь пресиквенса с цис-сайтом нестабильна. Далее пресиквенс связывается с отрицательно заряженным цитоплазматическим доменом Tom5 . Тот5 тесно ассоциирован с Tom40 и, возможно, облегчает включение пресиквенса в GIP [ Dietmeier K. et al., 1997 , Schatz G., 1997 ].
После прохождения через пору канала пресиквенс взаимодействует с транс-сайтом, расположенным со стороны межмембранного пространства. На этой стадии сайт расщепления МРР экспонирован на внутренней стороне внешней мембраны. Связанные с транс-сайтом белки-предшественники расщеплялись МРР, включенной в просвет везикул из внешних мембран митохондрий, но не МРР, добавленной к суспензии везикул. Белок- предшественник после отщепления пресиквенса ферментом быстро диссоциировал от мембраны везикул; это явилось доказательством того, что белок-предшественник связывается с транс-сайтом при помощи пресиквенса. Взаимодействие белков-предшественников с транс-сайтом более устойчиво, чем с цис-сайтом [ Мауеr A. et al., 1995 , Brunner M. et al., 1995 ]. Оно приводит не только к транслокации N-концевого участка белка- предшественника через внешнюю мембрану митохондрии, но также помогает разворачиванию доменов, непосредственно следующих за пресиквенсом [ Мауеr A. et al., 1995 , Brunner M. et al., 1995 ].
Молекулярная структура транс-сайта, не совсем ясна. С-концевой домен Tom22 существен для импорта процессируемых белков-предшественников и может быть компонентом транс-сайта [ Moczko M. et al., 1997 ]. В то же время делеция С-концевого домена Tom22 в N. crassa и дрожжах не вызывает значительного угнетения роста клеток. В митохондриях или внешних мембранах митохондрий, выделенных из таких клеток, наблюдается слабое уменьшение импортной активности и связывания белков- предшественников с транс-сайтом [ Court D.A. et al., 1996 ]. Скорее всего, домен белка Tom22, экспонированный в межмембранное пространство, не является основной частью транс-сайта. Показано, что в процессе импорта пресиквенс может быть кросс-сшит с межмембранным доменом Tom40, который, вероятно, и является основным компонентом транс-сайта [ Rapaport D. et al., 1997 ]. Предполагается, что кроме Tom22 и Tom40 в формировании транс-сайта может принимать участие также межмембранный домен Тom7 [ Schatz G., 1997 ]. Комплексные эксперименты, подтверждающие эту гипотезу, были проведены Комия с соавт, [ Komiya Т. et al., 1998 ].
Первоначальная рецепция непроцессируемых предшественников белков- переносчиков в митохондриях дрожжей осуществляется Tom70-Tom72-Tom37-субкомплексом (по некоторым данным только Тоm70 [ Ryan M.T. et al., 1999 ]), который связывает комплекс белок-предшественник-MSF (либо другой шаперон) ( рис. 2 ). Затем, используя энергию гидролиза АТР, шапероны высвобождаются из этого субкомплекса, а Tom70 контактирует с комплексом GIP и передает белок-предшественник в импортный канал Tom40 . В этом процессе с цис-стороны внешней мембраны митохондрий участвуют Тоm20 , Тоm22 и Тоm5 , а с транс-стороны - Tim9 и Tim10 [ Ryan M.T. et al., 1999 ].
Механизм транслокации через GIP не известен, но имеющиеся данные позволяют утверждать, что он отличается от механизма транслокации процессируемых белков-предшественников [ Ryan M.T. et al., 1999 ].
Белки-предшественники, несущие сигнал направления в матрикс, межмембранное пространство или внутреннюю мембрану митохондрий, далее взаимодействуют с TIM-комплексом . Импорт белков-предшественников, несущих сигнал сортинга во внешнюю мембрану митохондрий, прерывается, и они высвобождаются из ТОМ-комплекса . Tom7 может быть одним из компонентов, участвующих в этом процессе [ Haucke V., Lithgow T., 1997 ].
