Il complessoma mitocondriale rivela la qualità

Jun 03, 2023

Natura volume 614, pagine 153–159 (2023) Citare questo articolo

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I mitocondri hanno ruoli cruciali nell'energia cellulare, nel metabolismo, nella segnalazione e nel controllo di qualità1,2,3,4. Contengono circa 1.000 proteine ​​diverse che spesso si assemblano in complessi e supercomplessi come complessi respiratori e traslocasi preproteiche1,3,4,5,6,7. La composizione del proteoma mitocondriale è stata caratterizzata1,3,5,6; tuttavia, l'organizzazione delle proteine ​​mitocondriali in complessi stabili e dinamici è poco conosciuta per la maggior parte del proteoma1,4,7. Qui riportiamo la mappatura quantitativa degli assiemi proteici mitocondriali utilizzando la profilazione del complessoma ad alta risoluzione di oltre il 90% del proteoma mitocondriale del lievito, chiamato MitCOM. Un'analisi del set di dati MitCOM risolve> 5.200 picchi proteici con una media di sei picchi per proteina e dimostra una notevole complessità di complessi proteici mitocondriali con aspetto distinto per respirazione, metabolismo, biogenesi, dinamica, regolazione e processi redox. Rileviamo interattori del recettore mitocondriale per i ribosomi citosolici, degli scaffold proibinici e dei complessi respiratori. L'identificazione dei fattori di controllo della qualità che operano alla porta di ingresso delle proteine ​​mitocondriali rivela percorsi per l'ubiquitilazione, la deubiquitilazione e la degradazione delle preproteine. Le interazioni tra la peptidil-tRNA idrolasi Pth2 e la porta d'ingresso hanno portato alla delucidazione di un percorso costitutivo per la rimozione delle preproteine. Il set di dati MitCOM, accessibile tramite un visualizzatore di profili interattivo, è una risorsa completa per l'identificazione, l'organizzazione e l'interazione di macchinari e percorsi mitocondriali.

I mitocondri sono organelli multifunzionali. Oltre al loro ruolo nella fosforilazione ossidativa e nelle vie metaboliche di aminoacidi, lipidi, eme e cluster ferro-zolfo, svolgono funzioni nella segnalazione cellulare, nei processi redox, nel controllo di qualità e nell'apoptosi1,2,3. La maggior parte delle proteine ​​mitocondriali vengono importate come precursori dal citosol, mentre circa l'1% delle proteine ​​viene sintetizzato all'interno dell'organello. I mitocondri sono organelli dinamici che spesso si dividono e si fondono e mostrano una caratteristica struttura piegata della loro membrana interna. Difetti nei mitocondri possono portare a gravi malattie, in particolare del sistema nervoso centrale, del metabolismo e del sistema cardiovascolare2,3.

Il complemento proteico dei mitocondri è stato determinato in studi sistematici di proteomica3,4,5, con una copertura superiore al 90% per il proteoma mitocondriale nell'organismo modello lievito di birra (Saccharomyces cerevisiae)6. Al contrario, l’organizzazione delle proteine ​​mitocondriali in assemblaggi proteici, da complessi stabili e supercomplessi a intermedi di assemblaggio transitori, è compresa solo parzialmente. Per studiare l'organizzazione del proteoma mitocondriale sono stati applicati vari approcci come purificazione per affinità, elettroforesi nativa, filtrazione su gel, gradienti di densità, reticolazione e biologia strutturale. Ciascuno di questi approcci ha fornito informazioni importanti su complessi mitocondriali selezionati, ma nessuno ha prodotto una panoramica completa del gran numero previsto di complessi proteici distinti.

Riportiamo un complessoma completo ad alta risoluzione di mitocondri di lievito e proteine ​​associate, basato sull'elettroforesi nativa blu combinata con analisi di crio-slicing e spettrometria di massa (csBN-MS)8,9. Abbiamo migliorato sistematicamente csBN–MS dalla separazione delle proteine ​​al rilevamento avanzato e alla quantificazione dei profili proteici, ottenendo l'alta risoluzione e copertura del complessoma mitocondriale (MitCOM)7,9,10. MitCOM copre oltre il 90% del proteoma mitocondriale ad alta affidabilità e fornisce numerose informazioni sugli complessi proteici mitocondriali e sul loro aspetto quantitativo.