KOMPLEKS TOB/SAM: KLUCZOWA ROLA W BIOGENEZIE … · kompleks o masie 200Œ250 kD [27,42,61],...

69KOMPLEKS TOB/SAM: KLUCZOWA ROLA W BIOGENEZIE MITOCHONDRIÓW

POSTÊPY BIOLOGII KOMÓRKI TOM 34 2007 NR 1 (6984)

KOMPLEKS TOB/SAM: KLUCZOWA ROLAW BIOGENEZIE MITOCHONDRIÓW

THE TOB/SAM COMPLEX: AN ESSENTIAL FUNCTIONIN MITOCHONDRIA BIOGENESIS

Hanna KMITA, Ma³gorzata WOJTKOWSKA

Zak³ad Bioenergetyki, Instytut Biologii Molekularnej i Biotechnologii UAM Poznañ

Streszczenie: Bia³ka tworz¹ce strukturê beczu³ki β wystêpuj¹ w b³onie zewnêtrznej bakterii Gram-ujemnych oraz w b³onie zewnêtrznej organelli pochodzenia endosymbiotycznego, tj. mitochondriów ichloroplastów, gdzie mog¹ pe³niæ ró¿ne funkcje. Mitochondrialne bia³ka o strukturze beczu³ki β bior¹udzia³ w imporcie bia³ka, transporcie metabolitów oraz w regulacji morfologii i dystrybucji mitochon-driów. Bia³ka te uznaje siê tak¿e za istotny element ewolucji mitochondriów. Mechanizm wbudowywaniabia³ek tworz¹cych strukturê beczu³ki β w b³onê zewnêtrzn¹ mitochondriów i bakterii Gram-ujemnychzosta³ niedawno opisany. Co wiêcej, wykazano, i¿ uleg³ on utrwaleniu w toku ewolucji. W przypadkumitochondriów w procesie tym uczestniczy kompleks TOB/SAM (topogeneza bia³ek zewnêtrznej b³o-ny mitochondrialnej tworz¹cych strukturê beczu³ki β/maszyneria sortowania i sk³adania bia³ek), tworzo-ny przez trzy podstawowe bia³ka: Tob55 (Sam50), Tob38 (Sam35) and Mas 37 (Sam37). Wyniki analizyfilogenetycznej wskazuj¹, i¿ bia³ko Tob55 pochodzi od bakteryjnego bia³ka Omp85, podczas gdy innemitochondrialne bia³ka o strukturze beczu³ki β nie maj¹ homologów wród bia³ek bakteryjnych.

S³owa kluczowe: mitochondria, biogeneza, ewolucja, beczu³ka β, kompleks TOB/SAM.

Summary: β-barrel proteins are present in the outer membrane of Gram-negative bacteria and of organel-les of endosymbiotic origin, i.e. mitochondria and chloroplasts where they perform a variety of functions.Mitochondrial β-barrel proteins are important for protein import, metabolite transport and the organellemorphology and distribution. They also seem to play a crucial role in mitochondria evolution. Quiterecently a specific pathway for the insertion of β-barrel proteins was identified in both mitochondria andGram-negative bacteria and was proved to be conserved during evolution. In mitochondria the pathway isformed by the TOB/SAM complex (topogenesis of the mitochondrial outer membrane β-barrel proteins/sorting and assembly machinery) composed of three main proteins, namely Tob55 (Sam50), Tob38(Sam35) and Mas 37 (Sam37). Phylogenetic analysis provides a strong case for the evolution of Tob55from the bacterial homologue Omp85 while other mitochondrial β-barrel proteins do not display aminoacid homology with bacterial β-barrel proteins.

Key words: mitochondria, biogenesis, evolution, β-barrel, the TOB/SAM complex.

70 H. KMITA, M. WOJTKOWSKA

Wykaz stosowanych skrótów: TOB/SAM (ang. TOB topogenesis of the mitochondrial outer membra-ne β-barrel proteins / SAM sorting and assembly machinery) topogeneza bia³ek zewnêtrznej b³onymitochondrialnej tworz¹cych strukturê beczu³ki β/ maszyneria sortowania i sk³adania bia³ek; TOM (ang.translocase of the outer mitochondrial membrane) translokaza zewnêtrznej b³ony mitochondrialnej;TIM (ang. translocase of the inner mitochondrial membrane) translokaza wewnêtrznej b³ony mito-chondrialnej.

WSTÊP

Zgodnie z obowi¹zuj¹cymi obecnie ustaleniami mitochondria s¹ potomkamiα-proteobakterii (eubakterii maj¹cej b³onê zewnêtrzn¹ i zaliczanej do bakterii Gram-ujemnych), która w pewnym momencie historii ¿ycia na ziemi zosta³a wch³oniêtaprzez innego prokarionta (prawdopodobnie archebakteriê) i przez pewien czasfunkcjonowa³a jako endosymbiont. Wiêkszoæ genów tego endosymbionta zosta³a zczasem utracona lub przeniesiona do j¹dra komórkowego tworzonego przez gospoda-rza i endosymbionta [7,8,15,31]. Transfer ten umo¿liwi³ prawdopodobnie ustaleniekomunikacji miêdzy j¹drem a mitochondriami oraz przejêcie przez j¹dro kontroli nadfunkcjonowaniem mitochondriów. Istotnym elementem tej kontroli jest zewnêtrznab³ona mitochondriów, bowiem wchodz¹ce w jej sk³ad bia³ka odgrywaj¹ kluczow¹rolê w biogenezie mitochondriów [13]. Do bia³ek tych zalicza siê miêdzy innymibia³ka Tom, tworz¹ce kompleks TOM (ang. translocase of the outer mitochondrialmembrane), który gwarantuje rozpoznanie, transport i sortowanie bia³ek importowa-nych do mitochondriów [7,10,18,24,34,4547,52] oraz bia³ko VDAC (ang. voltagedependent anion channel), które w stanie monomeru tworzy zale¿ny od potencja³ukana³ o selektywnoci anionowej, bêd¹cy miejscem transportu metabolitów przezb³onê zewnêtrzn¹ mitochondriów oraz uczestnicz¹cy w dystrybucji ATP, w utrzymaniuhomeostazy wapniowej komórki, w ochronie przed stresem oksydacyjnym i urucho-mieniu apoptozy [1,6,9,24,30,50,53,54]. Informacje na temat kompleksu TOM i kana³uVDAC czytelnik mo¿e znaleæ równie¿ w polskojêzycznych pracach przegl¹dowych[23,25,63].

Bia³ka Tom, podobnie jak bia³ko VDAC, kodowane s¹ przez geny j¹drowe, syntety-zowane na rybosomach cytoplazmatycznych i nastêpnie kierowane do mitochondriów[28,47]. Kluczow¹ rolê w funkcjonowaniu kompleksu TOM odgrywa kana³ importowy,bêd¹cy miejscem translokacji importowanego bia³ka przez b³onê lub jego insercji wobszar b³ony. Podstawowym sk³adnikiem kana³u importowego jest bia³ko Tom40, któremo¿e tworzyæ w obrêbie kompleksu 2 lub 3 oligomeryczne kana³y translokuj¹ce[2,36,46]. Ustalenia teoretyczne, jak i analiza struktury drugorzêdowej bia³ka Tom40[2,17,46,52] i VDAC [3,4,6,9] wskazuj¹, ¿e tworz¹ one w b³onie strukturê beczu³ki β.Nale¿¹ zatem do rodziny bia³ek b³onowych o strukturze beczu³ki β, których obecnoæjest charakterystyczna dla zewnêtrznej b³ony eubakterii zaliczanych do bakterii Gram-ujemnych oraz zewnêtrznej b³ony organelli o pochodzeniu endosymbiotycznym, to znaczychloroplastów i mitochondriów [13,41,42]. Mimo podstawowego znaczenia dla powstaniab³ony, dopiero niedawno pojawi³y siê pierwsze prace dotycz¹ce mechanizmu insercji


bia³ek o strukturze beczu³ki β w b³onê. W przypadku mitochondriów wskazuj¹ one nakluczow¹ rolê bia³ka Tob55, nazywanego równie¿ Sam50 lub Omp85 [13,27,42,61]. Abyunikn¹æ trudnoci wynikaj¹cych z nieuporz¹dkowanego nazewnictwa, w pracy tejbêdziemy pos³ugiwaæ siê terminem Tob55.

Bia³ko Tob55 jest kluczowym sk³adnikiem kompleksu TOB, nazywanego równie¿kompleksem SAM lub ostatnio TOB/SAM (ang. TOB topogenesis of the mitochon-drial outer membrane β-barrel proteins; SAM sorting and assembly machinery),którego podstawowym zadaniem jest przejêcie z kompleksu TOM importowanego bia³kao strukturze beczu³ki β i wprowadzenie go w zewnêtrzn¹ b³onê mitochondrialn¹[7,13,27,4142]. Co ciekawe, bia³ko Tob55 te¿ nale¿y do rodziny bia³ek b³onowych ostrukturze beczu³ki β, przy czym jest jedynym wród bia³ek zewnêtrznej b³onymitochondrialnej, w przypadku którego stwierdza siê istnienie homologów bakteryjnych[7,31,41]. Zatem, bia³ko Tob55 stanowi prawdopodobnie element zachowanego w tokuewolucji mitochondriów mechanizmu insercji bia³ek o strukturze beczu³ki β wykorzystywa-nego przez bakteryjnego endosymbionta. System ten zapewne odegra³ podstawow¹ rolêw ewolucji kompleksu TOM [31,41] oraz kana³u VDAC, co umo¿liwi³o przekszta³cenieendosymbionta w funkcjonaln¹ organellê. Nie ulega ponadto w¹tpliwoci, i¿ kompleksTOB/SAM warunkuje powstanie funkcjonalnego kompleksu TOM i kana³u VDAC, jaki innych bia³ek zewnêtrznej b³ony mitochondrialnej o strukturze beczu³ki β, i w tym sensiejest niezbêdnym elementem biogenezy mitochondriów.

ORGANIZACJA KOMPLEKSU

W procesie importu bia³ka do mitochondriów uczestnicz¹ kompleksy bia³kowezlokalizowane w obu b³onach mitochondrialnych (ryc.1). Obecnoæ kompleksu TOB/SAM w zewnêtrznej b³onie mitochondrialnej opisano po raz pierwszy w roku 2003, ajego organizacja jest nadal przedmiotem badañ i dyskusji. Podstawowym modelemwykorzystywanym w badaniach nad organizacj¹ kompleksu TOB/SAM s¹ mitochondriadro¿d¿y Saccharomyces cerevisiae. Do tej pory w obrêbie kompleksu TOB/SAMS. cerevisiae potwierdzono obecnoæ trzech odrêbnych bia³ek (ryc. 2), tworz¹cychkompleks o masie 200250 kD [27,42,61], którego stechiometria pozostaje nadal wsferze dyskusji [27,35,41,59,61]. Podstawowym sk³adnikiem kompleksu TOB/SAMjest bia³ko Tob55. Bia³ko to zosta³o zidentyfikowane w roku 2003, dziêki analizie proteomub³ony zewnêtrznej mitochondriów Neurospora crassa [42] oraz poszukiwaniu bia³ekoddzia³uj¹cych z bia³kiem Mas37 [27]. Bia³ko Mas37, nazywane równie¿ Sam37 lubTom37 [41,45], zosta³o zidentyfikowane w roku 1995 [14], po czym stwierdzono, i¿ jestono czêci¹ kompleksu uczestnicz¹cego we wbudowywaniu bia³ka Tom40 w kompleksTOM [61]. Zatem, bia³ko Mas37 to pierwszy zidentyfikowany sk³adnik kompleksuTOB/SAM. Trzecim bia³kiem wchodz¹cym w sk³ad kompleksu TOB/SAM jest bia³koTob38, nazywane równie¿ Sam35 lub Tom38, które zidentyfikowano dziêki analiziewyizolowanego kompleksu TOB/SAM [35,59] oraz lokalizacji i badaniu roli w imporciemitochondrialnych bia³ek dro¿d¿owych o nieustalonej do tej pory funkcji [21]. Dlaprzejrzystoci w pracy tej bêdziemy pos³ugiwaæ siê terminami Tob38 i Mas37.


Bia³ko Tob55 jest integralnym bia³kiem b³onowym [13,27,41,42]. W bia³ku tymwyró¿nia siê dwie domeny: b³onow¹, na koñcu karboksylowym, o masie ok. 35 kD,która tworzy strukturê beczu³ki β oraz hydrofilow¹, na koñcu aminowym, o masie ok.20 kD, skierowan¹ do przestrzeni miêdzyb³onowej mitochondriów. Bia³ko Tob38 jestbia³kiem peryferyjnym, oddzia³uj¹cym z bia³kiem Tob55 od strony cytoplazmy [35,59].Oba bia³ka tworz¹ rdzeñ kompleksu TOB/SAM, a ich obecnoæ jest niezbêdnymwarunkiem powstania aktywnego kompleksu [41,59]. Co wiêcej, brak ka¿dego z tychbia³ek prowadzi do skutków letalnych. Zatem kompleks TOB/SAM zawiera dwaniezbêdne dla funkcjonowania komórki bia³ka, co wskazuje na jego fundamentaln¹ rolêw biogenezie mitochondriów. Bia³ko Mas37 jest bia³kiem peryferyjnym, oddzia³uj¹cymz Tob55 od strony cytoplazmy. Brak bia³ka Mas37 nie przeciwdzia³a powstaniu rdzeniakompleksu TOB/SAM, ale powoduje akumulacjê importowanych bia³ek tworz¹cychstrukturê beczu³ki β w postaci zwi¹zanej z kompleksem TOB/SAM [42,59,61].

Funkcje poszczególnych bia³ek w obrêbie kompleksu TOB/SAM nie zosta³y jeszczedok³adnie opisane. Jednak w¹tpliwoci nie ulega fakt, i¿ musz¹ one ze sob¹ wspó³pra-cowaæ, aby dosz³o do skutecznego importu bia³ek tworz¹cych strukturê beczu³ki β[45]. Bia³ko Mas37 uczestniczy prawdopodobnie w uwalnianiu importowanych bia³ek

RYCINA 1. Schemat aparatu importu bia³ka do mitochondriów. Strza³ki oznaczaj¹ kierunekprzemieszczania siê bia³ek z miejsca powstania w cytozolu do docelowego przedzia³u mitochon-drialnego. Kompleks TOM rozpoznaje, sortuje i transportuje bia³ka do przestrzeni miêdzyb³onowejlub b³ony zewnêtrznej. Kompleks TOB/SAM umo¿liwia wbudowanie w b³onê zewnêtrzn¹ bia³ek ocharakterystycznej strukturze beczu³ki β (np. VDAC, Tom40, Tob55, Mdm10, Mmm2). KompleksTIM23 wprowadza bia³ka do macierzy mitochondrialnej lub b³ony wewnêtrznej. Kompleks TIM22wprowadza w b³onê wewnêtrzn¹ bia³ka z rodziny noników mitochondrialnych. Kompleks OXAbierze udzia³ w eksporcie bia³ek powstaj¹cych w macierzy mitochondrialnej lub w reeksporcie bia³ekwprowadzonych do macierzy przez kompleks TIM23. Na schemacie nie uwzglêdniono podjednostekposzczególnych kompleksów. PAM motor importowy bêd¹cy czêci¹ kompleksu TIM23;MPP mitochondrialne peptydazy bior¹ce udzia³ w usuwaniu presekwencji


z kompleksu TOB/SAM [16], co umo¿liwia ich wprowadzenie w strukturê b³ony lubwarunkuje oddzia³ywanie z innymi bia³kami. Z kolei bia³ko Tob38 warunkuje powstaniekompleksu TOB/SAM i jego stabilnoæ [35,59]. Przy braku tego bia³ka nie dochodzi dooddzia³ywania miêdzy bia³kami Tob55 i Mas37. Uwa¿a siê tak¿e, i¿ bia³ko Tob38 stanowimiejsce oddzia³ywania kompleksu TOB/SAM z cytoplazmatycznymi bia³kami opiekuñ-czymi (chaperonami), co gwarantuje importowanym bia³kom tworz¹cym strukturêbeczu³ki β utrzymanie odpowiedniej konformacji, zanim dojdzie do ich translokacji przezzewnêtrzn¹ b³onê mitochondrialn¹, któr¹ z kolei prowadzi kompleks TOM. Co wiêcej,bia³ko Tob38 mo¿e byæ odpowiedzialne za oddzia³ywanie miêdzy kompleksem TOM ikompleksem TOB/SAM, co jest istotne dla skutecznego przekazania importowanegobia³ka z kompleksu TOM do kompleksu TOB/SAM. Sugeruje siê równie¿, i¿ bia³koTob38 mo¿e pe³niæ funkcje regulatora kana³u tworzonego przez bia³ko Tob55. Kana³tworzony przez bia³ko Tob55 [42] uczestniczy zapewne w procesie insercji importowa-nych bia³ek w b³onê. Bia³ko Tob55 uznaje siê równie¿ za miejsce wstêpnegooddzia³ywania importowanego bia³ka z kompleksem TOB/SAM, gwarantuj¹cegowprowadzenie tego bia³ka do kompleksu, co z kolei umo¿liwia jego wbudowanie wb³onê [41,45,59].

BIA£KA WSPÓ£DZIA£AJ¥CE Z KOMPLEKSEM

Badania nad importem bia³ka Tom40 i sk³adaniem funkcjonalnego kompleksu TOMdoprowadzi³y do identyfikacji dwóch bia³ek zewnêtrznej b³ony mitochondrialnej, istotnychdla dzia³ania kompleksu TOB/SAM. Bia³ko Mdm10 (ang. mitochondrial distributionand morphology) jest integralnym bia³kiem b³onowym o masie ok. 55 kD, zdolnym dotworzenia struktury beczu³ki β [45,55]. Bia³ku temu przypisuje siê istotn¹ rolê wutrzymaniu prawid³owego rozmieszczenia i morfologii mitochondriów. Jednak¿estwierdzono tak¿e, i¿ bia³ko Mdm10 warunkuje stopniowe przy³¹czanie siê bia³ek Tomdo wprowadzonego w b³onê bia³ka Tom40. Co wiêcej, wykazano, i¿ bia³ko Mdm10mo¿e oddzia³ywaæ z bia³kiem Mas37, co wskazuje na jego wspó³dzia³anie z kompleksemTOB/SAM [34]. W przypadku komórek S. cerevisiae, brak bia³ka Mdm10 upoledzazarówno morfologiê mitochondriów, jak i powstanie kompleksu TOM. Zmiany morfologiimitochondriów obserwuje siê tak¿e w przypadku upoledzenia funkcji kompleksu TOMi kompleksu TOB/SAM. Wydaje siê zatem, i¿ zmiany morfologii mitochondriówwywo³ane brakiem bia³ka Mdm10 s¹ porednim skutkiem upoledzenia funkcji obukompleksów, kluczowych dla importu bia³ek b³ony zewnêtrznej mitochondriów, uczest-nicz¹cych bezporednio w kontroli ich morfologii [45]. Jednoczenie nie mo¿na wyklu-czyæ, i¿ bia³ko Mdm10 kontroluje niezale¿nie sk³adanie kompleksów bia³kowych b³onyzewnêtrznej oraz morfologiê mitochondriów, co wi¹¿e siê z jego oddzia³ywaniem zró¿nymi kompleksami bia³kowymi [5,41]. Pozostaje to w zgodzie z opublikowanyminiedawno wynikami analizy kompleksów bia³kowych dro¿d¿y S. cerevisiae opartej natechnice oczyszczania z zastosowaniem powinowactwa kolumnowego. Wyniki te


wskazuj¹, i¿ powszechnym sposobem sk³adania funkcjonalnych kompleksów bia³kowychjest oddzia³ywanie podstawowego zestawu bia³ek z dodatkowymi bia³kami lub modu³amibia³kowymi, co z kolei warunkuje zró¿nicowanie funkcji [12,29]. Taka modu³owaorganizacja jest tak¿e charakterystyczna dla aparatu importu bia³ka do mitochondriów[7]. Z kolei bia³ko Mim1 (ang. mitochondrial import) [58], nazywane równie¿ Tom13[21], to niewielkie bia³ko (oko³o 14 kD) integralne, zakotwiczone w b³onie zewnêtrznejmitochondriów za pomoc¹ odcinka o strukturze amfipatycznej helisy α. Bia³ko Mim1prawdopodobnie w³¹cza siê w sk³adanie kompleksu TOM po uwolnieniu bia³ka Tom40z kompleksu TOB/SAM. Stwierdzono jednak, i¿ brak bia³ka Mim1 prowadzi do obni¿eniapowinowactwa kompleksu TOB/SAM wzglêdem Tom40. Co wiêcej, do tej pory nieuda³o siê ustaliæ, czy uwalnianie bia³ka Tom40 z kompleksu TOB/SAM lub oligome-ryzacja bia³ka Tom40 w obrêbie powstaj¹cego kompleksu TOM mo¿e pozostawaæpod kontrol¹ bia³ka Mim1.

Wród bia³ek wspó³dzia³aj¹cych z kompleksem TOB/SAM wymienia siê równie¿ bia³koTom7, wchodz¹ce w sk³ad kompleksu TOM oraz ma³e bia³ka Tim (ang. translocase ofthe inner mitochondrial membrane), zlokalizowane w przestrzeni miêdzyb³onowejmitochondriów. Jak wykazano ostatnio, bia³ko Tom7 sprzyja od³¹czaniu bia³ka Mdm10od kompleksu TOB/SAM, co utrudnia powstawanie funkcjonalnego kompleksu TOM,ale jednoczenie ods³ania na kompleksie TOB/SAM miejsca istotne dla wbudowania wb³onê bia³ka VDAC [33]. Bia³ko Tom7 jest zatem specyficznym regulatorem aktywnocikompleksu TOB/SAM. Z kolei ma³e bia³ka Tim tworz¹ dwa kompleksy, Tim8/Tim13 iTim9/Tim10, które uczestnicz¹ w przeniesieniu importowanych bia³ek z kompleksu TOMdo kompleksu TIM22 (ryc. 1), odpowiedzialnego za ich wbudowanie w obszar wewnêtrznejb³ony mitochondrialnej [22,26,40,43,48]. Kompleksy tworzone przez ma³e bia³ka Tim mog¹tak¿e uczestniczyæ w przeniesieniu importowanego bia³ka z kompleksu TOM do kompleksuTOB/SAM [16,19,52,60]. Poniewa¿ bia³ka wbudowywane w b³onê wewnêtrzn¹mitochondriów charakteryzuj¹ siê du¿¹ zawartoci¹ odcinków hydrofobowych, chronionychpodczas przeniesienia do kompleksu TIM22 przez kompleksy ma³ych bia³ek Tim, uwa¿asiê, i¿ wspó³dzia³anie kompleksów ma³ych bia³ek Tim z kompleksem TOB/SAM polegaprawdopodobnie tak¿e na os³anianiu odcinków hydrofobowych bia³ek tworz¹cych strukturêbeczu³ki β po ich uwolnieniu z kompleksu TOM, co z kolei u³atwia utrzymywanieimportowanego bia³ka w stanie konformacyjnym umo¿liwiaj¹cym jego oddzia³ywanie zkompleksem TOB/SAM i nastêpnie wbudowanie w b³onê. Wspó³praca ma³ych bia³ekTim z kompleksem TOM i kompleksem TOB/SAM jest zapewne koniecznoci¹wynikaj¹c¹ z braku bezporedniego oddzia³ywania miêdzy tymi kompleksami. Jednakdok³adne poznanie faktycznego znaczenia ma³ych bia³ek Tim w funkcjonowaniu kompleksuTOB/SAM wymaga dalszych badañ [41,45].


AKTYWNOÆ KANA£OWA KOMPLEKSU

Dziêki zastosowaniu mikroskopii elektronowej stwierdzono, i¿ bia³ko Tob55 mo¿etworzyæ w obrêbie kompleksu TOB/SAM kana³ o rednicy 45 nm, co potwierdzonodziêki zastosowaniu uk³adu rekonstytuowanego [42]. Wykazano bowiem, i¿ bia³ko Tob55jest zdolne do insercji w dwuwarstwê lipidow¹ i tworzenia kana³u o redniej wartociprzewodnictwa 3,7 nS (w obecnoci 1 M KCl). Co wiêcej, kana³ ten wykazuje symetrycz-n¹ zale¿noæ od potencja³u, przy czym zamyka siê przy wartociach potencja³u wy¿szychni¿ 70 mV [42]. Na razie brakuje danych pozwalaj¹cych wyjaniæ sposób tworzenia iorganizacji kana³u w obrêbie kompleksu TOB/SAM, jak i udzia³ tego kana³u w procesiewprowadzenia importowanego bia³ka w kompleks TOB/SAM i nastêpnie w b³onê.Wyniki badañ w uk³adach rekonstytuowanych wskazuj¹, i¿ izolowane i poddanedenaturacji bia³ka tworz¹ce strukturê beczu³ki β ulegaj¹ ponownemu fa³dowaniu inastêpnie wbudowaniu w dwuwarstwê lipidow¹ [11,57]. Proces wbudowywania jestjednak wolniejszy od obserwowanego w przypadku mitochondriów. Zak³ada siê zatem,i¿ importowane bia³ko mo¿e ulec pofa³dowaniu w obrêbie kana³u kompleksu TOB/SAM, na co pozwalaj¹ jego du¿e rozmiary, uwolnione z kana³u i nastêpnie wbudowanew b³onê lub bezporednio wprowadzone w b³onê na skutek bocznego otwarcia kana³u[41,42]. Nale¿y jednak pamiêtaæ, i¿ bia³ko Tob55 samo tworzy strukturê beczu³ki β, ado tej pory nie uda³o siê wykazaæ, czy beczu³ka β mo¿e bocznie otworzyæ siê i nastêpniezamkn¹æ bez uszkodzenia integralnoci strukturalnej [41,46].

FIZJOLOGICZNA ROLA KOMPLEKSU

Punktem wyjcia dla badañ kompleksu TOB/SAM by³o udowodnienie, i¿ kompleksTOM, pe³ni¹cy funkcjê bramy do mitochondriów dla praktycznie wszystkichimportowanych bia³ek, nie jest w stanie samodzielnie zapewniæ skutecznego importudo zewnêtrznej b³ony mitochondrialnej bia³ek tworz¹cych strukturê beczu³ki β, w tymw³asnego sk³adnika bia³ka Tom40 [61]. Co wiêcej, udowodniono, i¿ nowo importowanebia³ko Tom40, zanim ulegnie wbudowaniu w b³onê zewnêtrzn¹, zostaje przeniesioneprzez kompleks TOM do przestrzeni miêdzyb³onowej mitochondriów, co wskazywa³ona istnienie nieznanej wtedy jeszcze drogi insercji tego typu bia³ka w zewnêtrzn¹ b³onêmitochondrialn¹ [37,61]. Bia³ko Tom40 jest obecnie traktowane jako model w badaniachpowiêconych importowi bia³ek tworz¹cych strukturê beczu³ki β do zewnêtrznej b³onymitochondriów [37,41,4547], a prace powiêcone fizjologicznej roli kompleksu TOB/SAM dotycz¹ g³ównie jego udzia³u w sk³adaniu funkcjonalnego kompleksu TOM[27,34,42,58,59]. Funkcjonuj¹cy obecnie model importu do zewnêtrznej b³ony mitochon-drialnej bia³ek tworz¹cych strukturê beczu³ki β zak³ada nastêpuj¹ce etapy:

(1) rozpoznanie przez receptory kompleksu TOM;(2) przeniesienie przez kompleks TOM do przestrzeni miêdzyb³onowej;(3) stabilizacja importowanego bia³ka w przestrzeni miêdzyb³onowej, w wyniku

zwi¹zania z kompleksem TOM;


(4) przeniesienie importowanego bia³ka do kompleksu TOB/SAM, z przypuszczalnymudzia³em ma³ych bia³ek Tim;

(5) zwi¹zanie importowanego bia³ka przez kompleks TOB/SAM;(6) wprowadzenie importowanego bia³ka w b³onê przez kompleks TOB/SAM (ryc. 2).W przypadku bia³ka Tom40 wykazano, i¿ po wprowadzeniu w b³onê ulega ono

oligomeryzacji i oddzia³uje z innymi bia³kami Tom, co jest warunkiem powstaniafunkcjonalnego kompleksu TOM [41] i wymaga udzia³u dodatkowych bia³ek (patrzBia³ka wspó³dzia³aj¹ce z kompleksem). Co ciekawe, analizuj¹c skutki mutacji Tom40Neurospora crassa wykazano, i¿ kompleks TOM jest w stanie odró¿niæ od siebieposzczególne klasy importowanych bia³ek, w tym bia³ka tworz¹ce strukturê beczu³ki β,co jest warunkiem wstêpnym prawid³owego sortowania importowanych bia³ek iwprowadzenia w odpowiedni przedzia³ mitochondrialny [52].

Poniewa¿ kompleks TOB/SAM odgrywa kluczow¹ rolê w powstaniu funkcjonalnegokompleksu TOM, jak i skutecznym imporcie innych bia³ek tworz¹cych w zewnêtrznejb³onie mitochondrialnej strukturê beczu³ki β, na przyk³ad kana³u VDAC gwarantuj¹cegowymianê metabolitów miêdzy mitochondriami i cytoplazm¹, nie ulega w¹tpliwoci, i¿kompleks ten odgrywa podstawow¹ rolê w tworzeniu i funkcjonowaniu mitochondriów.Co wiêcej, du¿y rozmiar kana³u kompleksu TOB/SAM sprawia, i¿ rozpatruje siê jegoudzia³ w procesach wymagaj¹cych translokacji ma³ych, sfa³dowanych bia³ek przezzewnêtrzn¹ b³onê mitochondrialn¹, na przyk³ad w uwalnianiu cytochromu c z mito-chondriów, uznawanym za kluczowy etap apoptozy [42]. Udzia³ kompleksu TOB/SAMw apoptozie sugeruje siê równie¿ na podstawie ograniczonego podobieñstwa sekwencji

RYCINA 2. Organizacja i mechanizm dzia³ania kompleksu TOB/SAM. W sk³ad kompleksu TOB/SAM wchodz¹ prawdopodobnie trzy bia³ka tworz¹ce kompleks o masie 200250 kD o niepozna-nej jeszcze stechiometrii. Bia³ko Tob55 jest integralnym bia³kiem b³onowym zdolnym do tworze-nia kana³u. Bia³ko to od strony cytoplazmy oddzia³uje z dwoma bia³kami peryferyjnymi, Tob38i Mas37. Udzia³ bia³ka Mdm10 w organizacji kompleksu TOB/SAM pozostaje w sferze dyskusji.Bia³ko to oddzia³uj¹c z kompleksem TOB/SAM zapewnia powstanie funkcjonalnego kompleksuTOM. Funkcjonuj¹cy obecnie model wbudowywania bia³ek o strukturze beczu³ki β obejmujenastêpuj¹ce etapy: (1) rozpoznanie przez receptory kompleksu TOM; (2) przeniesienie przezkompleks TOM do przestrzeni miêdzyb³onowej; (3) stabilizacjê importowanego bia³ka wprzestrzeni miêdzyb³onowej, w wyniku zwi¹zania z kompleksem TOM; (4) przeniesienie impor-towanego bia³ka do kompleksu TOB/SAM, z przypuszczalnym udzia³em ma³ych bia³ek Tim;(5) zwi¹zanie importowanego bia³ka przez kompleks TOB/SAM; (6) wprowadzenie importowa-nego bia³ka w b³onê przez kompleks TOB/SAM (wed³ug [41], zmodyfikowany)


aminokwasowej jego sk³adników i metaksyn (patrz Zwi¹zki ewolucyjne), bêd¹cychprawdopodobnie istotn¹ czêci¹ mitochondrialnej maszynerii egzekucji apoptozy [35].

BIOGENEZA KOMPLEKSU

Biogeneza kompleksu TOB/SAM jest nadal zagadnieniem ma³o zbadanym. Oczywicienie ulega w¹tpliwoci, i¿ import g³ównego sk³adnika kompleksu, bia³ka Tob55, które nale¿ydo rodziny bia³ek tworz¹cych strukturê beczu³ki β, wymaga udzia³u kompleksu TOB/SAM[16,41,42]. Jednak¿e w odró¿nieniu od innych importowanych w ten sposób bia³ek, bia³koTob55 nie musi opuciæ kompleksu TOB/SAM. W kierowaniu bia³ka Tob55 do kompleksuTOB/SAM uczestnicz¹ kolejno kompleks TOM i ma³e bia³ka Tim w przestrzenimiêdzyb³onowej mitochondriów. Dalsze etapy w³¹czania bia³ka Tob55 w funkcjonalnykompleks TOB/SAM s¹ nadal przedmiotem dyskusji, przy czym obecnie sugeruje siê, ¿ebia³ko to jest jednak uwalniane do b³ony, zanim dojdzie do jego w³¹czenia w kompleksTOB/SAM [41]. Nie ulega jednak w¹tpliwoci, ¿e warunkiem powstania aktywnegokompleksu TOB/SAM jest powstanie rdzenia tego kompleksu w wyniku oddzia³ywañ miêdzybia³kami Tob55 i Tob38 [16,59]. Co ciekawe, trzeci sk³adnik kompleksu TOB/SAM, bia³koMas37, które pe³ni bardzo wa¿n¹ rolê w imporcie bia³ek tworz¹cych strukturê beczu³ki β[61], nie jest niezbêdne do wbudowania bia³ka Tob55 w b³onê. Zatem, rdzeñ kompleksuTOB/SAM prawdopodobnie powstaje bez udzia³u bia³ka Mas37 [16]. Dotychczas niepowsta³a praca powiêcona mechanizmowi importu bia³ka Tob38 do mitochondriów. Zkolei w przypadku bia³ka Mas37 wykazano, i¿ jego import do mitochondriów przebiega bezudzia³u kompleksu TOM. Co wiêcej, sugeruje siê, i¿ w procesie tym uczestniczybezporednio kompleks TOB/SAM [16]. Nowopowsta³e bia³ko Mas37 jest prawdopodobnierozpoznawane przez rdzeñ kompleksu TOB/SAM i nastêpnie przy³¹czane, co stanowizupe³nie nowy mechanizm wykorzystywany w imporcie bia³ek do mitochondriów.

ZWI¥ZKI EWOLUCYJNE

Bia³ka tworz¹ce strukturê beczu³ki β wystêpuj¹ powszechnie w zewnêtrznej b³onie eubakteriizaliczanych do bakterii Gram-ujemnych, gdzie pe³ni¹ funkcjê transporterów bia³ek i metabolitów,receptorów, enzymów i czynników wirulencji [41,46,62]. Na przyk³ad w przypadku Escherichiacoli dotychczas zidentyfikowano ok. 60 bia³ek tego typu. Bia³ka tworz¹ce strukturê beczu³kiβ wystêpuj¹ równie¿ w b³onie zewnêtrznej organelli pochodzenia enbiosymbiotycznego, tj.mitochondriów i chloroplastów, jednak liczba zidentyfikowanych w tych organellach bia³ek otakiej strukturze jest zdecydowanie mniejsza. Na przyk³ad w przypadku mitochondriów S.cerevisiae zidentyfikowano tylko 6 bia³ek tego typu [41]. S¹ to dwie izoformy kana³u VDAC,bia³ko Tom40, bia³ko Tob55, bia³ko Mdm10 oraz bia³ko Mmm2 (ang. maintenance ofmitochondrial morphology), uczestnicz¹ce prawdopodobnie w wytworzeniu odpowiedniejmorfologii mitochondriów (ryc. 1).


Koniecznoæ w³¹czenia siê kompleksu TOB/SAM w proces wbudowywania wzewnêtrzn¹ b³onê mitochondrialn¹ bia³ek tworz¹cych strukturê beczu³ki β rodzi oczywi-cie pytanie dotycz¹ce z³o¿onoci procesu importu tych bia³ek. Bia³ka te zostaj¹ skiero-wane pocz¹tkowo przez kompleks TOM do przestrzeni miêdzyb³onowej mitochon-driów, sk¹d trafiaj¹ do kompleksu TOB/SAM i nastêpnie do b³ony. Sugeruje siê, i¿ takskomplikowany przebieg importu jest skutkiem ewolucyjnego pochodzenia mitochon-drialnych bia³ek tworz¹cych strukturê beczu³ki β od bia³ek zewnêtrznej b³ony eubakteriio analogicznej topologii i strukturze [13,32,4142,45]. W toku ewolucji kierunek wbudo-wywania tego typu bia³ek w b³onê uleg³ zakonserwowaniu (ryc. 3). U eubakterii orazw przypadku mitochondriów bia³ka tworz¹ce strukturê beczu³ki β kierowane s¹ najpierwdo przedzia³u hydrofilnego (odpowiednio przestrzeñ periplazmatyczna i mitochondrialnaprzestrzeñ miêdzyb³onowa), sk¹d przy udziale bia³ek opiekuñczych trafiaj¹ do kompleksugwarantuj¹cego wbudowanie w zewnêtrzn¹ b³onê. Przeniesienie genów koduj¹cychbia³ka z genomu endosymbionta do genomu j¹drowego, jak i powstanie nowych genówkoduj¹cych bia³ka mitochondrialne towarzysz¹ce ewolucji komórki eukariotycznejspowodowa³o koniecznoæ zaanga¿owania w proces importu kompleksu TOM, któryumo¿liwia wprowadzenie bia³ek tworz¹cych strukturê beczu³ki β z cytoplazmy domitochondrialnej przestrzeni miêdzyb³onowej. Co ciekawe, dostêpne dane wskazuj¹, i¿sposób wbudowywania bia³ek tworz¹cych strukturê beczu³ki β w b³onê zewnêtrzn¹chloroplastów jest podobny do opisanego dla mitochondriów [41].

Jednak wykazanie pokrewieñstwa miêdzy bakteryjnymi i mitochondrialnymi bia³kamitworz¹cymi strukturê beczu³ki β natrafia na du¿e trudnoci, wynikaj¹ce z braku homologiisekwencji aminokwasowej. Dotychczas tak¹ homologiê uda³o siê wykazaæ jedynie wprzypadku bia³ka Tob55 [7,4142]. Brak podobieñstwa sekwencji aminokwasowej wprzypadku bakteryjnych i mitochondrialnych bia³ek tworz¹cych strukturê beczu³ki βwynikaæ mo¿e z obserwowanej w przypadku tych bia³ek silnej tendencji do ewolucjidywergentnej [13,41,62]. Nale¿y jednak zaznaczyæ, i¿ kwestia ewolucyjnego pochodzeniamitochondrialnych bia³ek tworz¹cych strukturê beczu³ki β nie zosta³a do dzisiajjednoznacznie wyjaniona. Na przyk³ad, w przypadku kana³u VDAC funkcjonuj¹ dwaprzeciwstawne pogl¹dy, z których jeden zak³ada istnienie pokrewieñstwa miêdzy kana³emVDAC a porynami bakteryjnymi, prowadz¹cymi transport metabolitów przez zewnêtrzn¹b³onê eubakterii i uznaje za zasadne stosowanie w przypadku tego kana³u nazwy porynamitochondrialna, natomiast drugi uznaje istniej¹ce podobieñstwa za przypadkowe [6,9].Tak¿e w przypadku bia³ka Tom40 istniej¹ dane wskazuj¹ce na jego pochodzenieeukariotyczne [31,44]. Jeli istotnie niektóre z mitochondrialnych bia³ek tworz¹cychstrukturê beczu³ki β nie s¹ spokrewnione z bia³kami eubakterii, ich powstanie by³obyskutkiem ewolucji konwergentnej, poniewa¿ wszystkie te bia³ka wykazuj¹ wspólne cechystruktury drugorzêdowej, bêd¹cej warunkiem wstêpnym utworzenia beczu³ki β. Zawieraj¹parzyst¹ liczbê (zwykle od 8 do 22) odcinków przyjmuj¹cych postaæ amfipatycznych iantyrównoleg³ych harmonijek β, z których ka¿da zawiera od 8 do 11 aminokwasów.Taka d³ugoæ harmonijki umo¿liwia utworzenie fragmentu ciany beczu³ki β [41]. Nale¿yjednak zaznaczyæ, i¿ struktury przestrzenne na poziomie atomowym uda³o siê do tej poryuzyskaæ jedynie w przypadku bia³ek bakteryjnych. W przypadku bia³ek eukariotycznych,w tym bia³ek mitochondrialnych, wnioskowanie o obecnoci beczu³ki β opiera siê na


dowodach porednich obejmuj¹cych dane dotycz¹ce mechanizmu importu, zawartociharmonijek β i komputerowego modelowania bia³ek [46].

Jak wspomniano wczeniej, bia³ko Tob55, g³ówny sk³adnik kompleksu TOB/SAM,jest jedynym mitochondrialnym bia³kiem tworz¹cym strukturê beczu³ki β, w przypadkuktórego stwierdzono homologiê z bia³kami bakteryjnymi [7,13,31,41,42]. Bia³ka tezaliczane s¹ do rodziny Omp85 (ang. outer membrane porin). Analiza filogenetycznabia³ek zaliczanych do tej rodziny pozwala na wyró¿nienie czterech g³ównych grup oró¿nym stopniu pokrewieñstwa. S¹ to:

(1) bia³ka Tob55;(2) bia³ka zewnêtrznej b³ony eubakterii zaliczanych do bakterii Gram-ujemnych, w

tym α-proteobakterii;(3) bia³ka zewnêtrznej b³ony niektórych bakterii Gram-dodatnich, u których b³ona ta

jest elementem przystosowania do funkcjonowania w warunkach ekstremalnych, np.Deinococcus radiodurans czy Thermatoga maritime;

(4) bia³ka b³ony zewnêtrznej chloroplastów bia³ka Toc75 (ang. translocon at theouter membrane of chloroplast) oraz ich homologi u cyjanobakterii, traktowane jakoodrêbna ga³¹ drzewa ewolucyjnego bia³ek Omp85.

RYCINA 3. Schemat wbudowywania bia³ek o strukturze beczu³ki β w zewnêtrzn¹ b³onê mitochon-driów i bakterii Gram-ujemnych. W toku ewolucji kierunek wbudowywania bia³ek o strukturzebeczu³ki β w b³onê uleg³ zakonserwowaniu. U bakterii Gram-ujemnych oraz w przypadku mito-chondriów bia³ka tworz¹ce strukturê beczu³ki β kierowane s¹ najpierw do przedzia³u hydrofilnego(odpowiednio, przestrzeñ peryplazmatyczna i mitochondrialna przestrzeñ miêdzyb³onowa), sk¹d przyudziale bia³ek opiekuñczych trafiaj¹ do kompleksu gwarantuj¹cego wbudowanie w zewnêtrzn¹ b³onê(odpowiednio, bia³ko Omp85 i kompleks TOB/SAM) (wed³ug [45], zmodyfikowany)


Nale¿y tak¿e zaznaczyæ, i¿ bia³ka Toc75 nie stanowi¹ grupy homogennej z punktuwidzenia filogenezy. Do bia³ek tych zalicza siê miêdzy innymi funkcjonalne odpowiednikibia³ka Tom40, jak i bia³ka Tob55 [38,41,56]. Na podstawie homologii z bia³kiem Tob55z mitochondriów S. cerevisiae obecnoæ tego bia³ka stwierdzono w mitochondriachpraktycznie wszystkich organizmów eukariotycznych, ³¹cznie z rolinami i cz³owiekiem[7,13,31,42]. Jednak w przypadku pozosta³ych sk³adników kompleksu TOB/SAMzidentyfikowanych w mitochondriach S. cerevisiae uda³o siê jedynie zidentyfikowaænieliczne homologi. Obecnoæ bia³ka Tob38 stwierdzono tylko w mitochondriach grzybów,przy czym sugeruje siê, i¿ mo¿e byæ ono odpowiednikiem metaksyny 2, bia³ka zlokalizo-wanego w mitochondriach zwierz¹t [18,31,41]. Z kolei bia³ko Mas37 wykazujeograniczone podobieñstwo sekwencji aminokwasowej do metaksyny 1, bia³ka zlokalizo-wanego w mitochondriach zwierz¹t i rolin [18,31,35,41].

Dostêpne dane nie pozwalaj¹ zatem na razie na opracowanie powszechnieobowi¹zuj¹cego modelu organizacji kompleksu TOB/SAM organizmów eukariotycz-nych. Nie uda³o siê równie¿ wykazaæ funkcjonowania u eubakterii homologukompleksu TOB/SAM. Istniej¹ co prawda dane wskazuj¹ce na oddzia³ywaniebakteryjnych homologów bia³ka Tob55 z peryferyjnymi bia³kami b³onowymi[31,41,64], ale bia³ka te nie wykazuj¹ homologii z bia³kami eukariotycznymi orazdo tej pory nie udowodniono, aby powstaj¹ce z ich udzia³em kompleksy uczestniczy³yw insercji w b³onê bia³ek tworz¹cych strukturê beczu³ki β. Jednak tworz¹ce strukturêbeczu³ki β bia³ka eubakterii poddane ekspresji w komórkach dro¿d¿y s¹ skuteczniewprowadzane w zewnêtrzn¹ b³onê mitochondriów [39], co wskazuje na du¿epodobieñstwo informacji zawartej w translokowanym bia³ku i tworzonej przez innebia³ka maszynerii dekodowania tej informacji oraz zbli¿ony sposób funkcjonowaniaoddzia³uj¹cych bia³ek. Co ciekawe, mitochondria s¹ równie¿ zdolne do importuchloroplastowych bia³ek tworz¹cych strukturê beczu³ki β i wprowadzania ich wb³onê zewnêtrzn¹ [49]. Analiza sekwencji aminokwasowych bia³ek tworz¹cychstrukturê beczu³ki β i uczestnicz¹cych w procesie transportu bia³ek wskazuje naistnienie przynajmniej czterech ró¿nych sygnatur pozwalaj¹cych na identyfikacjêtych bia³ek [13,38,41,51]. Pierwsza z nich, okrelana mianem POTRA (ang.polypeptyde transport associated domain) znajduje siê w rejonie koñca amino-wego, zlokalizowanego poza b³on¹ i przypuszczalnie uczestniczy w rozpoznawaniutransportowanych bia³ek. Trzy nastêpne zlokalizowane s¹ w rejonie koñca karboksy-lowego, tworz¹cego strukturê beczu³ki β i wystêpuj¹ w analizowanych bia³kach zró¿n¹ czêstotliwoci¹. Obecnoæ takich specyficznych motywów sekwencyjnychwskazuje na silne pokrewieñstwo ewolucyjne tworz¹cych strukturê beczu³ki βtransporterów bia³ek i jest podstaw¹ wyró¿niania nadrodziny tworz¹cych strukturêbeczu³ki β transporterów bia³ek, do której obok bia³ek eubakterii zaliczane s¹ bia³kaTob55 i Toc75.


PODSUMOWANIE

W skomplikowanych procesach rozpoznawania i sortowania bia³ek kierowanychdo mitochondriów uczestnicz¹ kompleksy bia³kowe, zlokalizowane w obu b³onachmitochondrialnych. Wród nich podstawow¹ rolê w zapocz¹tkowaniu importu bia³ekdo mitochondriów odgrywa kompleks TOM zlokalizowany w zewnêtrznej b³oniemitochondrialnej. Co wiêcej, warunkiem skutecznego kierowania bia³ek do mitochon-driów jest odpowiedni stan energetyczny mitochondriów, warunkowany skuteczn¹wymian¹ metabolitów miêdzy tymi organellami i reszt¹ komórki. Proces ten jest kontro-lowany przez funkcjonuj¹cy w b³onie zewnêtrznej kana³ VDAC. Zarówno kana³ VDAC,jak i warunkuj¹ce dzia³anie kompleksu TOM bia³ko Tom40 nale¿¹ do rodziny bia³ektworz¹cych w b³onie strukturê beczu³ki β. Cz³onkami tej rodziny s¹ równie¿ bia³kakontroluj¹ce morfologiê i dystrybucjê mitochondriów. Zatem, wbudowywanie w b³onêzewnêtrzn¹ bia³ek o takiej topologii ma fundamentalne znaczenie nie tylko dla tworzeniamitochondriów w toku ewolucji, ale równie¿ dla ich prawid³owego dzia³ania wewspó³czesnych komórkach. Kompleks TOB/SAM gwarantuj¹cy powstanie funkcjonal-nych bia³ek o strukturze beczu³ki β w zewnêtrznej b³onie mitochondriów zyskuje zatemmiano kluczowego w badaniach nad mitochondriami, a jego podstawowy sk³adnik,bia³ko Tob55, wykazuj¹ce homologiê z bia³kami bakteryjnymi jest istotnym elementemrozwa¿añ nad ewolucj¹ komórki eukariotycznej.

LITERATURA

[1] ABUHAMAD S, SIVAN S, SHOSAHANBARMATZ Z. The expression level of the voltage-dependentanion channel controls life and death of the cell. Proc Natl Acad Sci USA 2006; 103(15): 578792.

[2] AHTING U,THIEFFRY M, ENGELHARDT H, HEGERL R, NEUPERT W, NUSSBERGER S. Tom40, theporeforming component of the proteinconducting TOM channel in the Outer Membrane of Mitochon-dria. J Cell Biol 2001; 153: 11511160.

[3] BENZ R. Permeation of hydrophilic solutes through mitochondrial outer membranes: review on mito-chondrial proteins. Biochim Biophys Acta 1994; 1197: 167196.

[4] BLACHYDYSON E, FORTE M. VDAC channels. IUBMB Life 2001; 52: 113118.[5] BOLDOGH IR, NOWKOWSKI DW, YANG HC,CHUNK H, KARMON S, ROYES P, PON LA. A protein

complex containing Mdm10p, Mdm12p, and Mmm1p links mitochondrial membranes and DNA to thecytoskeletonbased segregation machinery. Mol Biol Cell 2003; 14(11): 46184627.

[6] COLOMBINI M. VDAC: the channel at the interface between mitochondria and the cytosol. Mol CellBiochem 2004; 256257(12): 107115.

[7] DOLEZAL P, LIKIC V, TACHEZY J, LITHGOW T. Evolution of the molecular machines of proteinimport into mitochondria. Science 2006; 313 (5785): 314318.

[8] DYALL SD, BROWN MT, JOHANSON PJ. Ancient invasions: from endosymbionts to organelles.Science 2004; 9; 304(5668): 253257.

[9] DE PINTO V, MESSINA A, ACCARDI R, AIELLO A, GUARINO F, TOMASELLO MF, TOMMASINOM, TASCO G, CASADIO R, BENZ R, DE GIORGI F, ICHAS F, BAKER M, LAWEN A. New functions ofan old protein: the eukaryotic porin or voltage dependent anion selective channel (VDAC). J Biochem2003; 52(1): 1724.

[10] GABRIEL K, EGAN B, LITHGOW T. Tom40, the import channel of the mitochondrial outer membra-ne, plays an active role in sorting imported proteins. EMBO 2003; 22: 23802386.


[11] GABRIEL K, BUCHANAN SK, LITHGOW T. The alpha and the beta: protein translocation acrossmitochondrial and plastid outer membranes. Trends Biochem Sci 2001; 26(1): 3840.

[12] GAVIN AC, ALOY P, GRANDI P,[] RUSSEL RB, SUPERTIFURGA G. Proteome survey revealsmodularity of the yeast cell machinery. Nature 2006; 440(7084): 6316.

[13] GENTLE I, GABRIEL K, BEECH P, WALLER R, LITHGOW T. The Omp85 family of proteins isessential for outer membrane biogenesis in mitochondria and bacteria. J Cell Biol 2004; 164 (1): 1924.

[14] GRATZER -S, LITHGOW T, BAUER RE, LAMPING E, PALTAUF F, KOHWEIN SD, HAUCKEV, JUNNE T, SCHATZ G, HORST G. Mas37p, a novel receptor subunit for protein import intomitochondria. J Cell Biol 1995; 129(1): 2534.

[15] GRAY MG, BURGER G, LANG BF. Mitochondrial evolution. Science 1999; 283: 14741481.[16] HABIB SJ, WAIZENEGGER T, LECH M, NEUPERT W, RAPAPORT D. Assembly of the TOB complex

of mitochondria. J Biol Cell 2005; 280: 64346440.[17] HILL K, MODEL, RYAN MT, DIETMEIER K, MARTIN F, WAGNER R, PFANNER N. Tom40 forms

the hydrophobic channel of the mitochondrial import pore for preproteins. Nature 1998; 396: 516521.

[18] HOOGENRAAD NJ, WARD LA, RYAN MT. Import and assembly of proteins into mitochondriaof mammals. Biochim Biophys Acta 2002; 1592: 97105.

[19] HOPPINS SC, NARGANG TE W. The Tim8Tim13 Complex of Neurospora crassa Functions in theAssembly of Proteins into Both Mitochondrial Membranes. J Biol Cell 2004; 13: 1239612405.

[20] HUMPHRIES AD, STREIMANN IC, STROYNOVSKI D, JOHANSON AJ, JANO M, HOOGEN-RAAD NJ, RYAN MT. Dissection of the mitochondrial import and assembly pathway for humanTom40. J Biol Chem 2005; 280(12): 1153511543.

[21] ISHIKAWA D, YAMAMOTO H, TAMURA Y, MORITOH K, ENDO T. The novel proteins in themitochondrial outer membrane mediate β-barrel protein assembly. J Cell Biol 2004; 166: 621627.

[22] JENSEN RE, DUNN CD. Protein import into and across the mitochondrial inner membrane: role of theTIM23 and TIM22 translocons. Biochim Biophys Acta 2002; 1592(1): 2534.

[23] KMITA H, STOBIENIA O. Kana³ VDAC jako regulator funkcji mitochondriów. Post Biochem 2006;52(2): 129136.

[24] KMITA H, ANTOS N, WOJTKOWSKA M, HRYNIEWIECKA H. Processes underlying the upregulationof Tom proteins in S. cerevisiae mitochondria depleted of the VDAC channel. J Bioenerg Biomembr2004; 36(2): 187193.

[25] KMITA H, ANTOS N. Udzia³ kana³ów b³ony zewnêtrznej w fizjologii mitochondriów. Post Biol Kom2002; 29: 203220.

[26] KOEHLER CM. New developments in mitochondrial assembly. Cell Dev Biol 2004; 20: 309335.[27] KOZJAK V, WIEDEMANN N, MILENKOVIC D, LOHAUS CH, MEYER HE, GUIARD B, MEISINGER

CH, PFANNER N. An essential role of Sam50 in the protein sorting and assembly machinery of themitochondrial outer membrane. J Biol Chem 2003; 278: 4852048523.

[28] KRIMMER T, GEISSLER A, PFANNER N, RASOW J. Sorting of preproteins into mitochondria. Chem-biochem 2001; 2(78): 505512.

[29] KROGAN NJ, CADNEY G,[], GREENBLAT JF. Global landscape of protein complex in the yeastSaccharomyces cerevisiae. Nature 2006; 30; 440(7084): 637643.

[30] LEMASTERS JJ, HOLMUHAMEDOV E. Voltagedependent anion channel (VDAC) as mitochondrialgovernatorthinking outside the box. Biochim Biophys Acta 2006; 762(2):181190.

[31] LISTER R, HULETT JM, LITHGOW T,WHELAN J. Protein import into mitochondria: origins andfunctions today. Mol Membr Biol 2005; 22(12): 87100.

[32] MARCOTTE EM , XENARIOS I, VAN DER BLIEK AM, EISENBERG D. Localizing proteins in the cellfrom their phylogenetic profiles. Proc Natl Acad Sci USA 2000; 97(22): 1211512120.

[33] MEISINGER C, WIEDEMANN N, RISSLER M, STRUB A, MILENKOVIC D, SCHONFISCH B, MUL-LER H, KOZJAK V, PFANNER N. Mitochondrial Protein Sorting: differentiation of betabarrel assemblyby tom7mediated segregation of Mdm10. J Biol Chem 2006; 281(32): 2281922826.

[34] MEISINGER C, RISSLER H, CHACIÑSKA A, SZKLARZ LK, MILENKOWIC D, KOZJAK V, SCHON-FISCH B, LOHAUS B, MEYER HE, YAFFE MP, GUIARD B, WIEDEMANN N, PFANNER N. Themitochondrial morphology protein Mdm10 functions in assembly of the the preprotein translocase ofthe outer membrane. Dev Cell 2004; 7(1): 6171.

[35] MILENKOVIC D, KOZJAK V, WIEDEMAN N, LOHAUS C, MEYER HE, GUIARD B, PFANNER N,MEISINGER C. Sam 35 of the mitochondrial protein sorting and assembly machinery is a peripheralouter membrane protein essential for cell viability. J Biol Chem 2004; 21: 2278122785.


[36] MODEL K, PRINZ T, RUIZ T, RADERMACHER M, KRIMMER T, KUHLBRANDT W, PFANNER N,MEISINGER C. Protein translocase of the mitochondrial outer membrane: role of import receptors inthe structural organization of the TOM complex. J Mol Biol 2002; 316(3): 657666.

[37] MODEL K, MEISINGER C, PRINZ T, WIEDEMANN N, TRUSCOTT KN, PFANNER N, RYAN MT.Multistep assembly of the protein import channel of the mitochondrial outer membrane. Nat Struct Biol2001; 8(4): 361370.

[38] MOSLAVAC S, MIRUS O, BREDMEIER R, SOLL J, VON HAESELER A, SCHLEIFF E. Conservedporeforming regions in polypeptidetransporting proteins. FEBS J 2005; 272(6): 13671378.

[39] MULLER A, RASSOW J,GRIMM J, MACHUY N, MEYER TF, RUDEL T. VDAC and the bacterial porinPorB of Neisseria gonorrhoeae share mitochondrial import pathways. EMBO J 2002; 21(8): 19161929.

[40] MUHLENBEIN N, HOFMANN S, ROTHBAUER U, BAUER MF. Organization and function of the smallTim complexes acting along the import pathway of metabolite carriers into mammalian mitochondria.J Biol Chem 2004; 279(14): 1354013546.

[41] PASCHEN SA, NEUPERT W, RAPAPORT D. Biogenesis of β-barrel membrane proteins of mitochon-dria. Trends in Bioch Sci 2005; 10: 575582.

[42] PASCHEN SA, WAIZENEGGER T, STAN T, PREUSS M, CYRKLAFF M, HELL K, RAPAPORT D,NEUPERT W. Evolutionary conservation of biogenesis of betabarrel membrane proteins. Nature 2003;426(6968): 862866.

[43] PASCHEN SA, NEUPERT W. Protein import into mitochondria. IUBMB Life 2001; 52: 101112.[44] PERRY AJ, HULETT JN, LIKIC VA, LITHGOW T, GOOLEY PR. Convergent evolution of receptors

for protein import into mitochondria. Curr Biol 2006; 16(3): 221229.[45] PFANNER N, WIEDEMAN N, MEISINGER C, LITHGOW T. Assembling the mitochondrial outer

membrane. Nat Struct and Mol Biol 2004; 11: 10441048.[46] RAPAPORT D. How does the TOM complex mediate insertion of precursor proteins into the mitochon-

drial outer membrane. J Cell Biol 2005; 171(3): 419423.[47] RAPAPORT D. Biogenesis of the mitochondrial TOM complex. Trends Biochem Sci 2002; 27: 191

197.[48] REHLING P, PFANNER N, MEISINGER C. Insertion of hydrophobic membrane proteins into the inner

mitochondrial membrane A guided tour. J Mol Biol 2003; 326: 639657.[49] ROHL T, MOTZKUS M, SOLL J. The outer envelope protein OEP24 from pea chloroplasts can

functionally replace the mitochondrial VDAC in yeast. FEBS Lett 1999; 460(3): 491494.[50] ROSTOVTSEVA TK, TAN W, COLOMBINI M. On the role of VDAC in apoptosis: fact and fiction. J

Bioenerg Biomembr 2005; 37(3): 129142.[51] SANCHEZPULIDO L, DEVOS D, GENEVROIS G, VICENTE M, VALENCIA A. POTRA: a conserved

domain in the FtsQ family and a class of betabarrel outer membrane proteins. Trends Biochem Sci 2003;28(10): 523526.

[52] SHERMAN EL ,TAYLOR ED, GO NE, NARGANG FE. Effect of Mutations in Tom40 on Stability of theTranslocase of the Outer Mitochondrial Membrane (TOM) Complex, Assembly of Tom40, and Importof Mitochondrial Preproteins. J Biol Chem 2006; 281(32): 2255422565.

[53] SHOSHANBARMATZ V, ISRAELSON A, BRDICKA D, SHEU SS. The voltagedependent anion channel(VDAC): function in intracellular signalling, cell life and cell death. Curr Pharm Des 2006; 12(18):22492270.

[54] SHOSHANBARMATZ V, ISRAELSON A. The voltagedependent anion channel in Endoplasmic/sarcopla-smic reticulum: characterization, modulation and possible function. J Membr Biol 2005; 204(2): 5766.

[55] SOGO LF, YAFFE MP. Regulation of mitochondrial morphology and inheritance by Mdm10p, a proteinof the mitochondrial outer membrane. J Cell Biol 1994; 126(6): 13611373.

[56] SOLL J, SCHLEIFF E. Protein import into chloroplasts. Nat Rev Mol Cell Biol 2004; 5(3): 198208.[57] TAMM LK, HONG H, LIANG B. Folding and assembly of beta-barrel membrane proteins. Biochim

Biophys Acta 2004; 1666: 250263.[58] WAIZENEGGER T, SCHMITT S, ZIVKOVIC J, NEUPERT N, RAPAPORT D. Mim1, a protein required

for the assembly of the TOM complex of mitochondria. EMBO Rep 2005; 6(1): 5762.[59] WAIZENEGGER T, HABIB SJ, LECH M, MOKRANJAC D, PASCHEN SA, HELL K, NEUPERT W,

RAPAPORT D. Tob38, a novel essential component in the biogenesis of betabarrel proteins of mito-chondria. EMBO Rep 2004; 5(7): 704709.


[60] WIEDEMANN N, TRUSCOT KN, PFANNSCHMIDT S, GUIARD B, MEISINGER C, PFANNER N.Biogenesis of the protein import channel tom 40 of the mitochondrial outer membrane. J Biol Cell2004; 18: 1818818194.

[61] WIEDEMANN N , KOZJAK V, CHACIÑSKA A, SCHONFISCH B, ROSPERT S, RYAN MT, PFANNERN, MEISINGER C. Machinery for protein sorting and assembly in the mitochondrial outer membrane.Nature 2003; 424(6948): 565571.

[62] WIMLEY WC. The versatile betabarrel membrane protein. Curr Opin Struct Biol 2003; 13(4): 404411.[63] WOJTKOWSKA M, KMITA H. Kana³y aparatu importu bia³ka do mitochondriów. Post Biol Kom 2004;

31(3): 397628.[64] WU T. Identification of a multicomponent complex required for outer membrane biogenesis in Escheri-

chia coli. Cell 2005; 121: 235245.

Redaktor prowadz¹cy Bo¿ena Kamiñska-Kaczmarek

Otrzymano: 05.10. 2006 r.Przyjêto: 28.11. 2006 r.ul. Fredry 10, Poznañ [email protected]

KOMPLEKS TOB/SAM: KLUCZOWA ROLA W BIOGENEZIE … · kompleks o masie 200Œ250 kD [27,42,61],...

Documents

Transcript of KOMPLEKS TOB/SAM: KLUCZOWA ROLA W BIOGENEZIE … · kompleks o masie 200Œ250 kD [27,42,61],...