Science | 鉴定到一个新的线粒体外膜蛋白插入酶MTCH2

线粒体（mitochondrion）是真核细胞中的重要细胞器，是细胞进行有氧呼吸的主要场所，也在胞内信号转导中发挥重要作用。线粒体的功能及其与细胞质交流的能力依赖于嵌入线粒体外膜的蛋白质，因此线粒体外模蛋白功能失调与衰老和包括阿尔兹海默症、帕金森病和许多癌症在内的多种人类疾病有关。在酵母和锥形虫中，线粒体输入蛋白1（Mitochondrial import protein 1，Mim1）和pATOM36介导α-螺旋蛋白插入线粒体外膜的过程，但人们对哺乳动物线粒体中这一过程知之甚少。

2022年10月21日，麻省理工学院怀特黑德生物医学研究所Jonathan Weissman和加州理工学院Rebecca Voorhees共同通讯在杂志发表了题为MTCH2 is a mitochondrial outer membrane protein insertase的研究文章。研究人员通过全基因组CRISPR筛选，鉴定到MTCH2是多种尾锚定蛋白（TA）、信号锚定蛋白（SA）和多次跨膜蛋白所必需的。

研究人员通过一个分裂型RFP/GFP报告系统检测模式TA蛋白OMP25插入线粒体的水平。与此前报道一致，EMC和UBQLNs的敲除会增加TA的插入，而MTCH2的缺失导致OMP25的整合出现了明显的缺陷。MTCH2是SLC25家族的一员，但并没有已知的底物或转运体活性；MTCH2的缺失也与包括线粒体融合、脂质稳态和细胞凋亡缺陷等表型相关。

作者使用定量蛋白组学策略比较了野生型或MTCH2缺失细胞中分离线粒体内源蛋白质的稳态水平，其中多种外膜α-螺旋TA、信号锚定蛋白和多次跨膜蛋白在MTCH2缺失时显著减少，而这些蛋白的mRNA水平没有明显变化。荧光报告试验也表明MTCH2影响了一组TA、SA和多次跨膜蛋白的生物发生。在体外脂质体试验中，重组的MTCH2也特异性地促进了一些TAs和SA的插入。

作者利用AlphaFold2预测了MTCH2的结构，与其他溶质载体家族成员不同，MTCH2的跨膜螺旋没有形成允许带电物质穿过膜的孔，而是形成一个内衬带电残基和极性残基的槽，MTCH2在TA插入中的作用依赖于脂双层的亲水表面。

作者发现，MTCH2的缺失会导致线粒体TAs的内质网插入增加，而MTCH2过表达导致它们误靶向内质网的相应减少。考虑到一些MTCH2依赖性TAs的插入在细胞凋亡中发挥核心作用，作者进一步检测了MTCH2活性对凋亡刺激的敏感性。虽然MTCH2敲除没有改变伊马替尼处理K562细胞的凋亡倾向，但野生型MTCH2的过表达使K562细胞对伊马替尼处理敏感。

总之，这篇文章证明了MTCH2是膜蛋白插入酶家族的一个决定性成员，该家族是将TAs插入线粒体所必需和充分的。MTCH2的插入酶活性依赖于脂双层内的亲水沟槽。MTCH2的作用也扩展到更广泛的线粒体外膜α-螺旋蛋白，包括信号锚定蛋白和多次跨膜蛋白。此前有报道称MTCH2的缺失会导致多种表型，包括线粒体自噬失调、线粒体断裂、脂质稳态改变等，一项阿尔茨海默病全基因组关联研究也证实了这一点。MTCH2作为线粒体外膜α-螺旋蛋白的关键守门人（gatekeeper）的鉴定为其多效性表型提供了分子解释。

原文链接：https://doi.org/10.1126/science.add1856