12月4日，作物遗传改良全国重点实验室、生命科学技术学院蛋白质科学研究团队在Cell Discovery杂志在线发表题为"The architecture of substrate-engaged TOM–TIM23 supercomplex reveals preprotein proximity sites for mitochondrial protein translocation"的研究论文。该研究成功解析了底物结合状态下TOM–TIM23超复合物的冷冻电镜结构，揭示了前体蛋白在进入线粒体过程中与外膜转位酶TOM复合物相互作用的关键位点，为线粒体蛋白质转运机制提供了新见解。

线粒体是真核细胞的能量工厂，含有1000多种蛋白质，其中约90%的线粒体蛋白在细胞质核糖体上合成后，通过特定的转运机制进入线粒体各区域。这些被称为前体蛋白的新生肽链通过线粒体外膜转位酶(TOM)和内膜转位酶(TIM23)组成的超复合物被转运至线粒体基质，但前体蛋白如何通过TOM复合物的具体机制尚不清楚。

在本研究中，研究团队通过在分离的酵母线粒体上捕获携带前导序列的Jac1sfGFP底物，成功稳定了TOM–TIM23–Jac1sfGFP超复合物。利用冷冻电镜技术，研究团队解析了该超复合物的整体结构，分辨率达到4.4Å。结构分析显示，TOM复合物和TIM23复合物分别位于两层非平行的去垢剂胶束中，两层胶束形成约35°的夹角。Tom22蛋白在连接这两个复合物中起关键作用。

更重要的是，研究团队在TOM复合物的胞质侧发现了两个前体蛋白邻近位点(PPS)：PPS1位于Tom5蛋白的N端(1-26位氨基酸)，PPS2位于Tom40蛋白的β-链14和15之间的环区。功能研究表明，PPS1对前体蛋白的转运至关重要，删除Tom5蛋白2-20位氨基酸显著降低了前体蛋白的导入效率，且导致酵母在37°C条件下生长缺陷。交联质谱分析进一步证实了PPS1与前体蛋白的紧密接触。

通过结构比对，研究团队发现底物结合状态下Tom5蛋白向Tom40通道移动约3Å，表明Tom5可能对进入的底物产生响应。综合生化和结构数据，研究团队提出了前体蛋白跨膜转运的新模型：携带前导序列的前体蛋白首先被线粒体表面受体识别，随后在PPS1的引导下被递送至Tom40通道，最终通过TIM23复合物转运至线粒体基质。

综上，本研究揭示了前体蛋白如何通过线粒体外膜的分子机制，发现PPS1在前体蛋白转运的后受体阶段发挥关键作用。这些发现为理解线粒体蛋白质转运的全过程奠定了基础，也为线粒体相关疾病的机制研究提供了新思路。