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PNAS | 南开大学饶子和/贡红日等团队合作解析人源线粒体呼吸链复合物Ⅱ三维结构

日期:2023-05-04  浏览次数:7044

来源:iNature

人类复合物Ⅱ是连接三羧酸循环和氧化磷酸化两个重要的能量产生过程的关键蛋白复合物。由于突变引起的缺陷已被证明会导致线粒体疾病和某些类型的癌症。然而,该复合物的结构尚待解析,这阻碍了对这个分子机器功能方面的全面理解。

近日,南开大学生命科学学院贡红日研究员、饶子和院士、上海科技大学免疫化学研究所高岩副研究员、广州实验室刘凤江副研究员共同通讯在PNAS上在线发表题为“Structure of the human respiratory complex II”的研究论文,该研究解析了人源线粒体呼吸链复合物II 2.86 Å高分辨率的电镜结构,为其功能机制及相关疾病的理解和靶向药物的开发奠定了重要基础

线粒体氧化磷酸化( OXPHOS )系统是真核细胞有氧呼吸过程中细胞代谢的核心。它位于线粒体内膜,由5个酶复合物(配合物I - V , CI-CV)和2个可移动电子载体(泛醌和细胞色素c)组成。呼吸链(也称为电子传递链)由复合物I - IV组成,利用分子氧氧化烟酰胺腺嘌呤二核苷酸( NADH )和琥珀酸中的还原当量,并将质子从线粒体基质转移到膜间隙。该过程驱动F1Fo - ATP合酶(复合物V )产生三磷酸腺苷酶( ATP )。

呼吸复合物II在产生ATP的两个主要关键代谢途径:三羧酸循环(又称三羧酸, TCA)和OXPHOS途径中起着至关重要的作用。在哺乳动物线粒体中,它既可以参与有氧能量代谢,也可以参与无氧能量代谢。

人类呼吸复合物Ⅱ( CⅡ)是与其功能失调有关的广泛人类疾病的来源,其中包括几种癌症和神经退行性疾病。因此,了解人类CII如何运作可以支持治疗这些疾病的治疗方法的发展。迄今为止大肠杆菌和耻垢分支杆菌等物种的复合物II的完整结构已经确定。


人呼吸复合物Ⅱ的结构(图源自PNAS 

值得注意的是,尽管这些物种的CII的结构和机制特性已经得到了广泛的研究,但对人类CII的结构和机制知之甚少。基于此,该研究报道了该复合物的电子显微镜( Cryo-EM )结构,这加深了目前对其如何传输电子的理解,并为与其缺陷相关的疾病提供了分子基础。

南开大学博士研究生杜占强、内蒙古大学讲师周晓婷为本文的共同第一作者,南开大学生命科学学院贡红日研究员、饶子和院士、上海科技大学免疫化学研究所高岩副研究员、广州实验室刘凤江副研究员为共同通讯作者。中国科学技术大学田长麟教授、于璐副研究员提供电子顺磁共振实验支持;广州实验室陈红明研究员、冉挺副研究员提供分子动力学模拟实验支持。该工作得到了国家重点研发计划青年科学家项目、国家自然科学基金委优秀青年科学基金的资助。广州实验室影像成像子平台和上海科技大学生物电镜平台提供了重要的技术支持。

参考信息:https://doi.org/10.1073/pnas.2216713120