線粒體（mitochondrion）是真核細胞中的重要細胞器，是細胞進行有氧呼吸的主要場所，也在胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導中發(fā)揮重要作用。線粒體的功能及其與細胞質(zhì)交流的能力依賴于嵌入線粒體外膜的蛋白質(zhì)，因此線粒體外模蛋白功能失調(diào)與衰老和包括阿爾茲海默癥、帕金森病和許多癌癥在內(nèi)的多種人類疾病有關(guān)。在酵母和錐形蟲中，線粒體輸入蛋白1（Mitochondrial import protein 1，Mim1）和pATOM36介導α-螺旋蛋白插入線粒體外膜的過程，但人們對哺乳動物線粒體中這一過程知之甚少。

2022年10月21日，麻省理工學院懷特黑德生物醫(yī)學研究所Jonathan Weissman和加州理工學院Rebecca Voorhees共同通訊在雜志發(fā)表了題為MTCH2 is a mitochondrial outer membrane protein insertase的研究文章。研究人員通過全基因組CRISPR篩選，鑒定到MTCH2是多種尾錨定蛋白（TA）、信號錨定蛋白（SA）和多次跨膜蛋白所必需的。

研究人員通過一個分裂型RFP/GFP報告系統(tǒng)檢測模式TA蛋白OMP25插入線粒體的水平。與此前報道一致，EMC和UBQLNs的敲除會增加TA的插入，而MTCH2的缺失導致OMP25的整合出現(xiàn)了明顯的缺陷。MTCH2是SLC25家族的一員，但并沒有已知的底物或轉(zhuǎn)運體活性；MTCH2的缺失也與包括線粒體融合、脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)和細胞凋亡缺陷等表型相關(guān)。

作者使用定量蛋白組學策略比較了野生型或MTCH2缺失細胞中分離線粒體內(nèi)源蛋白質(zhì)的穩(wěn)態(tài)水平，其中多種外膜α-螺旋TA、信號錨定蛋白和多次跨膜蛋白在MTCH2缺失時顯著減少，而這些蛋白的mRNA水平?jīng)]有明顯變化。熒光報告試驗也表明MTCH2影響了一組TA、SA和多次跨膜蛋白的生物發(fā)生。在體外脂質(zhì)體試驗中，重組的MTCH2也特異性地促進了一些TAs和SA的插入。

作者利用AlphaFold2預測了MTCH2的結(jié)構(gòu)，與其他溶質(zhì)載體家族成員不同，MTCH2的跨膜螺旋沒有形成允許帶電物質(zhì)穿過膜的孔，而是形成一個內(nèi)襯帶電殘基和極性殘基的槽，MTCH2在TA插入中的作用依賴于脂雙層的親水表面。

作者發(fā)現(xiàn)，MTCH2的缺失會導致線粒體TAs的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)插入增加，而MTCH2過表達導致它們誤靶向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的相應減少?？紤]到一些MTCH2依賴性TAs的插入在細胞凋亡中發(fā)揮核心作用，作者進一步檢測了MTCH2活性對凋亡刺激的敏感性。雖然MTCH2敲除沒有改變伊馬替尼處理K562細胞的凋亡傾向，但野生型MTCH2的過表達使K562細胞對伊馬替尼處理敏感。

總之，這篇文章證明了MTCH2是膜蛋白插入酶家族的一個決定性成員，該家族是將TAs插入線粒體所必需和充分的。MTCH2的插入酶活性依賴于脂雙層內(nèi)的親水溝槽。MTCH2的作用也擴展到更廣泛的線粒體外膜α-螺旋蛋白，包括信號錨定蛋白和多次跨膜蛋白。此前有報道稱MTCH2的缺失會導致多種表型，包括線粒體自噬失調(diào)、線粒體斷裂、脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)改變等，一項阿爾茨海默病全基因組關(guān)聯(lián)研究也證實了這一點。MTCH2作為線粒體外膜α-螺旋蛋白的關(guān)鍵守門人（gatekeeper）的鑒定為其多效性表型提供了分子解釋。

原文鏈接：https://doi.org/10.1126/science.add1856