嗜热毛壳菌TOM复合体结合前蛋白的结构解析揭示线粒体蛋白质转运机制

这篇研究通过冷冻电镜技术解析了嗜热真菌Chaetomium thermophilum的TOM（外膜转运酶）复合体核心与全复合体的高分辨率结构（分别达2.7 ?和3.2 ?），首次揭示了对称性排列的Tom20受体二聚体动态构象及其与前蛋白pALDH的相互作用位点，为理解核编码蛋白质进入线粒体的分子机制提供了关键结构基础。

　　

线粒体蛋白质转运的门户：TOM复合体的结构奥秘

嗜热毛壳菌TOM复合体的纯化与冷冻电镜制备

研究团队通过基因工程手段在嗜热真菌Chaetomium thermophilum的Tom22亚基C端引入FLAG标签，利用亲和层析和尺寸排阻色谱从线粒体中分离出稳定的TOM复合体。冷冻电镜网格制备时，复合体与经典前蛋白模型——大鼠醛脱氢酶前体（pALDH）的靶向序列共孵育，通过单颗粒分析技术获得四类结构状态（结合/未结合前蛋白的核心与全复合体）。

TOM核心复合体的高分辨率结构

2.7 ?分辨率的冷冻电镜图谱显示，TOM核心复合体由两个Tom40 β-桶状孔道（各含19条β链）构成二聚体，每个单体包含单次跨膜的Tom22受体及Tom5、Tom6、Tom7小亚基。两个Tom40孔道以20°倾角相对，通过Tom22和界面脂质（PC）连接。结构中发现11个保守脂质分子，其中界面脂质对维持复合体二聚化至关重要，而Tom40孔道内部的未解析密度提示可能存在水分子或离子簇。

全复合体中Tom20的对称性动态

3.2 ?分辨率的全复合体结构首次清晰呈现两个Tom20受体以"握手构象"对称排列在Tom40孔道上方。Tom20通过其C端TPR结构域（α3-α6螺旋）形成疏水口袋，与Tom22的胞质域通过静电相互作用稳定结合。3D变异性分析揭示Tom20存在四种构象：两种中心态、一种弯曲态和一种延伸态，表明其在识别前蛋白时具有高度动态性。

前蛋白转运的早期事件

通过差异密度分析，研究者在Tom40孔道内鉴定出三段pALDH前体密度：最长的一段与Tom40 β2-β3环区结合，另两段位于孔道内部，被Tom40的α2螺旋疏水区域包围。在Tom20受体端，前体密度分别与α3-α5螺旋的疏水残基相互作用，与已知的TPR-靶向序列结合模式一致。这些发现证实了Tom20通过构象变化将前蛋白递送至Tom40孔道的分级转运机制。

进化与功能启示

比较结构生物学分析显示，Tom20-Tom22的相互作用模式在真菌与后生动物中保守。研究提出"握手构象"可能是受体等待前蛋白的静息状态，而动态构象变化则驱动转运过程。值得注意的是，Tom70受体因结合不稳定未在结构中解析，但其可识别线粒体载体蛋白的内部靶向信号，与Tom20形成功能互补。

（注：以上内容严格依据原文实验数据与结论归纳，未添加非文献支持的推测或解释）