KOMPLEKS TOB/SAM: KLUCZOWA ROLA W BIOGENEZIE MITOCHONDRIÓW

Transkrypt

1 KOMPLEKS TOB/SAM: KLUCZOWA ROLA W BIOGENEZIE MITOCHONDRIÓW 69 POSTÊPY BIOLOGII KOMÓRKI TOM NR 1 (69 84) KOMPLEKS TOB/SAM: KLUCZOWA ROLA W BIOGENEZIE MITOCHONDRIÓW THE TOB/SAM COMPLEX: AN ESSENTIAL FUNCTION IN 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 Gramujemnych oraz w b³onie zewnêtrznej organelli pochodzenia endosymbiotycznego, tj. mitochondriów i chloroplastów, gdzie mog¹ pe³niæ ró ne funkcje. Mitochondrialne bia³ka o strukturze beczu³ki β bior¹ udzia³ w imporcie bia³ka, transporcie metabolitów oraz w regulacji morfologii i dystrybucji mitochondriów. Bia³ka te uznaje siê tak e za istotny element ewolucji mitochondriów. Mechanizm wbudowywania bia³ek tworz¹cych strukturê beczu³ki β w b³onê zewnêtrzn¹ mitochondriów i bakterii Gram-ujemnych zosta³ niedawno opisany. Co wiêcej, wykazano, i uleg³ on utrwaleniu w toku ewolucji. W przypadku mitochondriów w procesie tym uczestniczy kompleks TOB/SAM (topogeneza bia³ek zewnêtrznej b³ony mitochondrialnej tworz¹cych strukturê beczu³ki β/maszyneria sortowania i sk³adania bia³ek), tworzony przez trzy podstawowe bia³ka: Tob55 (Sam50), Tob38 (Sam35) and Mas 37 (Sam37). Wyniki analizy filogenetycznej wskazuj¹, i bia³ko Tob55 pochodzi od bakteryjnego bia³ka Omp85, podczas gdy inne mitochondrialne bia³ka o strukturze beczu³ki β nie maj¹ homologów wœród 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 organelles 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 organelle morphology and distribution. They also seem to play a crucial role in mitochondria evolution. Quite recently a specific pathway for the insertion of β-barrel proteins was identified in both mitochondria and Gram-negative bacteria and was proved to be conserved during evolution. In mitochondria the pathway is formed 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 Tob55 from the bacterial homologue Omp85 while other mitochondrial β-barrel proteins do not display amino acid homology with bacterial β-barrel proteins. Key words: mitochondria, biogenesis, evolution, β-barrel, the TOB/SAM complex.

2 70 H. KMITA, M. WOJTKOWSKA Wykaz stosowanych skrótów: TOB/SAM (ang. TOB topogenesis of the mitochondrial outer membrane β-barrel proteins / SAM sorting and assembly machinery) topogeneza bia³ek zewnêtrznej b³ony mitochondrialnej 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 mitochondrialnej. WSTÊP Zgodnie z obowi¹zuj¹cymi obecnie ustaleniami mitochondria s¹ potomkami α-proteobakterii (eubakterii maj¹cej b³onê zewnêtrzn¹ i zaliczanej do bakterii Gramujemnych), która w pewnym momencie historii ycia na ziemi zosta³a wch³oniêta przez innego prokarionta (prawdopodobnie archebakteriê) i przez pewien czas funkcjonowa³a jako endosymbiont. Wiêkszoœæ genów tego endosymbionta zosta³a z czasem utracona lub przeniesiona do j¹dra komórkowego tworzonego przez gospodarza i endosymbionta [7,8,15,31]. Transfer ten umo liwi³ prawdopodobnie ustalenie komunikacji miêdzy j¹drem a mitochondriami oraz przejêcie przez j¹dro kontroli nad funkcjonowaniem mitochondriów. Istotnym elementem tej kontroli jest zewnêtrzna b³ona mitochondriów, bowiem wchodz¹ce w jej sk³ad bia³ka odgrywaj¹ kluczow¹ rolê w biogenezie mitochondriów [13]. Do bia³ek tych zalicza siê miêdzy innymi bia³ka Tom, tworz¹ce kompleks TOM (ang. translocase of the outer mitochondrial membrane), który gwarantuje rozpoznanie, transport i sortowanie bia³ek importowanych do mitochondriów [7,10,18,24,34,45 47,52] oraz bia³ko VDAC (ang. voltage dependent anion channel), które w stanie monomeru tworzy zale ny od potencja³u kana³ o selektywnoœci anionowej, bêd¹cy miejscem transportu metabolitów przez b³onê zewnêtrzn¹ mitochondriów oraz uczestnicz¹cy w dystrybucji ATP, w utrzymaniu homeostazy wapniowej komórki, w ochronie przed stresem oksydacyjnym i uruchomieniu apoptozy [1,6,9,24,30,50,53,54]. Informacje na temat kompleksu TOM i kana³u VDAC czytelnik mo e znaleÿæ równie w polskojêzycznych pracach przegl¹dowych [23,25,63]. Bia³ka Tom, podobnie jak bia³ko VDAC, kodowane s¹ przez geny j¹drowe, syntetyzowane 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 w obszar b³ony. Podstawowym sk³adnikiem kana³u importowego jest bia³ko Tom40, które mo 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 obecnoœæ jest charakterystyczna dla zewnêtrznej b³ony eubakterii zaliczanych do bakterii Gramujemnych oraz zewnêtrznej b³ony organelli o pochodzeniu endosymbiotycznym, to znaczy chloroplastów i mitochondriów [13,41,42]. Mimo podstawowego znaczenia dla powstania b³ony, dopiero niedawno pojawi³y siê pierwsze prace dotycz¹ce mechanizmu insercji

3 KOMPLEKS TOB/SAM: KLUCZOWA ROLA W BIOGENEZIE MITOCHONDRIÓW 71 bia³ek o strukturze beczu³ki β w b³onê. W przypadku mitochondriów wskazuj¹ one na kluczow¹ rolê bia³ka Tob55, nazywanego równie Sam50 lub Omp85 [13,27,42,61]. Aby unikn¹æ trudnoœci wynikaj¹cych z nieuporz¹dkowanego nazewnictwa, w pracy tej bêdziemy pos³ugiwaæ siê terminem Tob55. Bia³ko Tob55 jest kluczowym sk³adnikiem kompleksu TOB, nazywanego równie kompleksem SAM lub ostatnio TOB/SAM (ang. TOB topogenesis of the mitochondrial outer membrane β-barrel proteins; SAM sorting and assembly machinery), którego podstawowym zadaniem jest przejêcie z kompleksu TOM importowanego bia³ka o 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 o strukturze beczu³ki β, przy czym jest jedynym wœród bia³ek zewnêtrznej b³ony mitochondrialnej, w przypadku którego stwierdza siê istnienie homologów bakteryjnych [7,31,41]. Zatem, bia³ko Tob55 stanowi prawdopodobnie element zachowanego w toku ewolucji mitochondriów mechanizmu insercji bia³ek o strukturze beczu³ki β wykorzystywanego przez bakteryjnego endosymbionta. System ten zapewne odegra³ podstawow¹ rolê w ewolucji kompleksu TOM [31,41] oraz kana³u VDAC, co umo liwi³o przekszta³cenie endosymbionta w funkcjonaln¹ organellê. Nie ulega ponadto w¹tpliwoœci, i kompleks TOB/SAM warunkuje powstanie funkcjonalnego kompleksu TOM i kana³u VDAC, jak i innych bia³ek zewnêtrznej b³ony mitochondrialnej o strukturze beczu³ki β, i w tym sensie jest niezbêdnym elementem biogenezy mitochondriów. ORGANIZACJA KOMPLEKSU W procesie importu bia³ka do mitochondriów uczestnicz¹ kompleksy bia³kowe zlokalizowane w obu b³onach mitochondrialnych (ryc.1). Obecnoœæ kompleksu TOB/ SAM w zewnêtrznej b³onie mitochondrialnej opisano po raz pierwszy w roku 2003, a jego organizacja jest nadal przedmiotem badañ i dyskusji. Podstawowym modelem wykorzystywanym w badaniach nad organizacj¹ kompleksu TOB/SAM s¹ mitochondria dro d y Saccharomyces cerevisiae. Do tej pory w obrêbie kompleksu TOB/SAM S. cerevisiae potwierdzono obecnoœæ trzech odrêbnych bia³ek (ryc. 2), tworz¹cych kompleks o masie kd [27,42,61], którego stechiometria pozostaje nadal w sferze dyskusji [27,35,41,59,61]. Podstawowym sk³adnikiem kompleksu TOB/SAM jest bia³ko Tob55. Bia³ko to zosta³o zidentyfikowane w roku 2003, dziêki analizie proteomu b³ony zewnêtrznej mitochondriów Neurospora crassa [42] oraz poszukiwaniu bia³ek oddzia³uj¹cych z bia³kiem Mas37 [27]. Bia³ko Mas37, nazywane równie Sam37 lub Tom37 [41,45], zosta³o zidentyfikowane w roku 1995 [14], po czym stwierdzono, i jest ono czêœci¹ kompleksu uczestnicz¹cego we wbudowywaniu bia³ka Tom40 w kompleks TOM [61]. Zatem, bia³ko Mas37 to pierwszy zidentyfikowany sk³adnik kompleksu TOB/SAM. Trzecim bia³kiem wchodz¹cym w sk³ad kompleksu TOB/SAM jest bia³ko Tob38, nazywane równie Sam35 lub Tom38, które zidentyfikowano dziêki analizie wyizolowanego kompleksu TOB/SAM [35,59] oraz lokalizacji i badaniu roli w imporcie mitochondrialnych bia³ek dro d owych o nieustalonej do tej pory funkcji [21]. Dla przejrzystoœci w pracy tej bêdziemy pos³ugiwaæ siê terminami Tob38 i Mas37.

4 72 H. KMITA, M. WOJTKOWSKA RYCINA 1. Schemat aparatu importu bia³ka do mitochondriów. Strza³ki oznaczaj¹ kierunek przemieszczania siê bia³ek z miejsca powstania w cytozolu do docelowego przedzia³u mitochondrialnego. Kompleks TOM rozpoznaje, sortuje i transportuje bia³ka do przestrzeni miêdzyb³onowej lub b³ony zewnêtrznej. Kompleks TOB/SAM umo liwia wbudowanie w b³onê zewnêtrzn¹ bia³ek o charakterystycznej strukturze beczu³ki β (np. VDAC, Tom40, Tob55, Mdm10, Mmm2). Kompleks TIM23 wprowadza bia³ka do macierzy mitochondrialnej lub b³ony wewnêtrznej. Kompleks TIM22 wprowadza w b³onê wewnêtrzn¹ bia³ka z rodziny noœników mitochondrialnych. Kompleks OXA bierze udzia³ w eksporcie bia³ek powstaj¹cych w macierzy mitochondrialnej lub w reeksporcie bia³ek wprowadzonych do macierzy przez kompleks TIM23. Na schemacie nie uwzglêdniono podjednostek poszczególnych kompleksów. PAM motor importowy bêd¹cy czêœci¹ kompleksu TIM23; MPP mitochondrialne peptydazy bior¹ce udzia³ w usuwaniu presekwencji Bia³ko Tob55 jest integralnym bia³kiem b³onowym [13,27,41,42]. W bia³ku tym wyró 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 jest bia³kiem peryferyjnym, oddzia³uj¹cym z bia³kiem Tob55 od strony cytoplazmy [35,59]. Oba bia³ka tworz¹ rdzeñ kompleksu TOB/SAM, a ich obecnoœæ jest niezbêdnym warunkiem powstania aktywnego kompleksu [41,59]. Co wiêcej, brak ka dego z tych bia³ek prowadzi do skutków letalnych. Zatem kompleks TOB/SAM zawiera dwa niezbêdne dla funkcjonowania komórki bia³ka, co wskazuje na jego fundamentaln¹ rolê w biogenezie mitochondriów. Bia³ko Mas37 jest bia³kiem peryferyjnym, oddzia³uj¹cym z Tob55 od strony cytoplazmy. Brak bia³ka Mas37 nie przeciwdzia³a powstaniu rdzenia kompleksu TOB/SAM, ale powoduje akumulacjê importowanych bia³ek tworz¹cych strukturê beczu³ki β w postaci zwi¹zanej z kompleksem TOB/SAM [42,59,61]. Funkcje poszczególnych bia³ek w obrêbie kompleksu TOB/SAM nie zosta³y jeszcze dok³adnie opisane. Jednak w¹tpliwoœci nie ulega fakt, i musz¹ one ze sob¹ wspó³pracowaæ, aby dosz³o do skutecznego importu bia³ek tworz¹cych strukturê beczu³ki β [45]. Bia³ko Mas37 uczestniczy prawdopodobnie w uwalnianiu importowanych bia³ek

5 KOMPLEKS TOB/SAM: KLUCZOWA ROLA W BIOGENEZIE MITOCHONDRIÓW 73 z kompleksu TOB/SAM [16], co umo liwia ich wprowadzenie w strukturê b³ony lub warunkuje oddzia³ywanie z innymi bia³kami. Z kolei bia³ko Tob38 warunkuje powstanie kompleksu TOB/SAM i jego stabilnoœæ [35,59]. Przy braku tego bia³ka nie dochodzi do oddzia³ywania miêdzy bia³kami Tob55 i Mas37. Uwa a siê tak e, i bia³ko Tob38 stanowi miejsce oddzia³ywania kompleksu TOB/SAM z cytoplazmatycznymi bia³kami opiekuñczymi (chaperonami), co gwarantuje importowanym bia³kom tworz¹cym strukturê beczu³ki β utrzymanie odpowiedniej konformacji, zanim dojdzie do ich translokacji przez zewnêtrzn¹ b³onê mitochondrialn¹, któr¹ z kolei prowadzi kompleks TOM. Co wiêcej, bia³ko Tob38 mo e byæ odpowiedzialne za oddzia³ywanie miêdzy kompleksem TOM i kompleksem TOB/SAM, co jest istotne dla skutecznego przekazania importowanego bia³ka z kompleksu TOM do kompleksu TOB/SAM. Sugeruje siê równie, i bia³ko Tob38 mo e pe³niæ funkcje regulatora kana³u tworzonego przez bia³ko Tob55. Kana³ tworzony przez bia³ko Tob55 [42] uczestniczy zapewne w procesie insercji importowanych bia³ek w b³onê. Bia³ko Tob55 uznaje siê równie za miejsce wstêpnego oddzia³ywania importowanego bia³ka z kompleksem TOB/SAM, gwarantuj¹cego wprowadzenie tego bia³ka do kompleksu, co z kolei umo liwia jego wbudowanie w b³onê [41,45,59]. BIA KA WSPÓ DZIA AJ CE Z KOMPLEKSEM Badania nad importem bia³ka Tom40 i sk³adaniem funkcjonalnego kompleksu TOM doprowadzi³y do identyfikacji dwóch bia³ek zewnêtrznej b³ony mitochondrialnej, istotnych dla dzia³ania kompleksu TOB/SAM. Bia³ko Mdm10 (ang. mitochondrial distribution and morphology) jest integralnym bia³kiem b³onowym o masie ok. 55 kd, zdolnym do tworzenia struktury beczu³ki β [45,55]. Bia³ku temu przypisuje siê istotn¹ rolê w utrzymaniu prawid³owego rozmieszczenia i morfologii mitochondriów. Jednak e stwierdzono tak e, i bia³ko Mdm10 warunkuje stopniowe przy³¹czanie siê bia³ek Tom do wprowadzonego w b³onê bia³ka Tom40. Co wiêcej, wykazano, i bia³ko Mdm10 mo e oddzia³ywaæ z bia³kiem Mas37, co wskazuje na jego wspó³dzia³anie z kompleksem TOB/SAM [34]. W przypadku komórek S. cerevisiae, brak bia³ka Mdm10 upoœledza zarówno morfologiê mitochondriów, jak i powstanie kompleksu TOM. Zmiany morfologii mitochondriów obserwuje siê tak e w przypadku upoœledzenia funkcji kompleksu TOM i kompleksu TOB/SAM. Wydaje siê zatem, i zmiany morfologii mitochondriów wywo³ane brakiem bia³ka Mdm10 s¹ poœrednim skutkiem upoœledzenia funkcji obu kompleksów, kluczowych dla importu bia³ek b³ony zewnêtrznej mitochondriów, uczestnicz¹cych bezpoœrednio w kontroli ich morfologii [45]. Jednoczeœnie nie mo na wykluczyæ, i bia³ko Mdm10 kontroluje niezale nie sk³adanie kompleksów bia³kowych b³ony zewnêtrznej oraz morfologiê mitochondriów, co wi¹ e siê z jego oddzia³ywaniem z ró nymi kompleksami bia³kowymi [5,41]. Pozostaje to w zgodzie z opublikowanymi niedawno wynikami analizy kompleksów bia³kowych dro d y S. cerevisiae opartej na technice oczyszczania z zastosowaniem powinowactwa kolumnowego. Wyniki te

6 74 H. KMITA, M. WOJTKOWSKA wskazuj¹, i powszechnym sposobem sk³adania funkcjonalnych kompleksów bia³kowych jest oddzia³ywanie podstawowego zestawu bia³ek z dodatkowymi bia³kami lub modu³ami bia³kowymi, co z kolei warunkuje zró nicowanie funkcji [12,29]. Taka modu³owa organizacja 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 zewnêtrznej mitochondriów za pomoc¹ odcinka o strukturze amfipatycznej helisy α. Bia³ko Mim1 prawdopodobnie w³¹cza siê w sk³adanie kompleksu TOM po uwolnieniu bia³ka Tom40 z kompleksu TOB/SAM. Stwierdzono jednak, i brak bia³ka Mim1 prowadzi do obni enia powinowactwa kompleksu TOB/SAM wzglêdem Tom40. Co wiêcej, do tej pory nie uda³o siê ustaliæ, czy uwalnianie bia³ka Tom40 z kompleksu TOB/SAM lub oligomeryzacja bia³ka Tom40 w obrêbie powstaj¹cego kompleksu TOM mo e pozostawaæ pod kontrol¹ bia³ka Mim1. Wœród bia³ek wspó³dzia³aj¹cych z kompleksem TOB/SAM wymienia siê równie bia³ko Tom7, wchodz¹ce w sk³ad kompleksu TOM oraz ma³e bia³ka Tim (ang. translocase of the inner mitochondrial membrane), zlokalizowane w przestrzeni miêdzyb³onowej mitochondriów. Jak wykazano ostatnio, bia³ko Tom7 sprzyja od³¹czaniu bia³ka Mdm10 od kompleksu TOB/SAM, co utrudnia powstawanie funkcjonalnego kompleksu TOM, ale jednoczeœnie ods³ania na kompleksie TOB/SAM miejsca istotne dla wbudowania w b³onê bia³ka VDAC [33]. Bia³ko Tom7 jest zatem specyficznym regulatorem aktywnoœci kompleksu TOB/SAM. Z kolei ma³e bia³ka Tim tworz¹ dwa kompleksy, Tim8/Tim13 i Tim9/Tim10, które uczestnicz¹ w przeniesieniu importowanych bia³ek z kompleksu TOM do kompleksu TIM22 (ryc. 1), odpowiedzialnego za ich wbudowanie w obszar wewnêtrznej b³ony mitochondrialnej [22,26,40,43,48]. Kompleksy tworzone przez ma³e bia³ka Tim mog¹ tak e uczestniczyæ w przeniesieniu importowanego bia³ka z kompleksu TOM do kompleksu TOB/SAM [16,19,52,60]. Poniewa bia³ka wbudowywane w b³onê wewnêtrzn¹ mitochondriów charakteryzuj¹ siê du ¹ zawartoœci¹ odcinków hydrofobowych, chronionych podczas przeniesienia do kompleksu TIM22 przez kompleksy ma³ych bia³ek Tim, uwa a siê, i wspó³dzia³anie kompleksów ma³ych bia³ek Tim z kompleksem TOB/SAM polega prawdopodobnie tak e na os³anianiu odcinków hydrofobowych bia³ek tworz¹cych strukturê beczu³ki β po ich uwolnieniu z kompleksu TOM, co z kolei u³atwia utrzymywanie importowanego bia³ka w stanie konformacyjnym umo liwiaj¹cym jego oddzia³ywanie z kompleksem TOB/SAM i nastêpnie wbudowanie w b³onê. Wspó³praca ma³ych bia³ek Tim z kompleksem TOM i kompleksem TOB/SAM jest zapewne koniecznoœci¹ wynikaj¹c¹ z braku bezpoœredniego oddzia³ywania miêdzy tymi kompleksami. Jednak dok³adne poznanie faktycznego znaczenia ma³ych bia³ek Tim w funkcjonowaniu kompleksu TOB/SAM wymaga dalszych badañ [41,45].

7 KOMPLEKS TOB/SAM: KLUCZOWA ROLA W BIOGENEZIE MITOCHONDRIÓW 75 AKTYWNOŒÆ KANA OWA KOMPLEKSU Dziêki zastosowaniu mikroskopii elektronowej stwierdzono, i bia³ko Tob55 mo e tworzyæ w obrêbie kompleksu TOB/SAM kana³ o œrednicy 4 5 nm, co potwierdzono dziêki zastosowaniu uk³adu rekonstytuowanego [42]. Wykazano bowiem, i bia³ko Tob55 jest zdolne do insercji w dwuwarstwê lipidow¹ i tworzenia kana³u o œredniej wartoœci przewodnictwa 3,7 ns (w obecnoœci 1 M KCl). Co wiêcej, kana³ ten wykazuje symetryczn¹ zale noœæ od potencja³u, przy czym zamyka siê przy wartoœciach potencja³u wy szych ni 70 mv [42]. Na razie brakuje danych pozwalaj¹cych wyjaœniæ sposób tworzenia i organizacji kana³u w obrêbie kompleksu TOB/SAM, jak i udzia³ tego kana³u w procesie wprowadzenia importowanego bia³ka w kompleks TOB/SAM i nastêpnie w b³onê. Wyniki badañ w uk³adach rekonstytuowanych wskazuj¹, i izolowane i poddane denaturacji bia³ka tworz¹ce strukturê beczu³ki β ulegaj¹ ponownemu fa³dowaniu i nastêpnie wbudowaniu w dwuwarstwê lipidow¹ [11,57]. Proces wbudowywania jest jednak 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 wbudowane w b³onê lub bezpoœrednio wprowadzone w b³onê na skutek bocznego otwarcia kana³u [41,42]. Nale y jednak pamiêtaæ, i bia³ko Tob55 samo tworzy strukturê beczu³ki β, a do tej pory nie uda³o siê wykazaæ, czy beczu³ka β mo e bocznie otworzyæ siê i nastêpnie zamkn¹æ bez uszkodzenia integralnoœci strukturalnej [41,46]. FIZJOLOGICZNA ROLA KOMPLEKSU Punktem wyjœcia dla badañ kompleksu TOB/SAM by³o udowodnienie, i kompleks TOM, pe³ni¹cy funkcjê bramy do mitochondriów dla praktycznie wszystkich importowanych bia³ek, nie jest w stanie samodzielnie zapewniæ skutecznego importu do zewnêtrznej b³ony mitochondrialnej bia³ek tworz¹cych strukturê beczu³ki β, w tym w³asnego sk³adnika bia³ka Tom40 [61]. Co wiêcej, udowodniono, i nowo importowane bia³ko Tom40, zanim ulegnie wbudowaniu w b³onê zewnêtrzn¹, zostaje przeniesione przez kompleks TOM do przestrzeni miêdzyb³onowej mitochondriów, co wskazywa³o na istnienie nieznanej wtedy jeszcze drogi insercji tego typu bia³ka w zewnêtrzn¹ b³onê mitochondrialn¹ [37,61]. Bia³ko Tom40 jest obecnie traktowane jako model w badaniach poœwiêconych importowi bia³ek tworz¹cych strukturê beczu³ki β do zewnêtrznej b³ony mitochondriów [37,41,45 47], a prace poœwiêcone 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 mitochondrialnej 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;

8 76 H. KMITA, M. WOJTKOWSKA RYCINA 2. Organizacja i mechanizm dzia³ania kompleksu TOB/SAM. W sk³ad kompleksu TOB/ SAM wchodz¹ prawdopodobnie trzy bia³ka tworz¹ce kompleks o masie kd o niepoznanej jeszcze stechiometrii. Bia³ko Tob55 jest integralnym bia³kiem b³onowym zdolnym do tworzenia kana³u. Bia³ko to od strony cytoplazmy oddzia³uje z dwoma bia³kami peryferyjnymi, Tob38 i Mas37. Udzia³ bia³ka Mdm10 w organizacji kompleksu TOB/SAM pozostaje w sferze dyskusji. Bia³ko to oddzia³uj¹c z kompleksem TOB/SAM zapewnia powstanie funkcjonalnego kompleksu TOM. Funkcjonuj¹cy obecnie model wbudowywania bia³ek o strukturze beczu³ki β obejmuje nastêpuj¹ce etapy: (1) rozpoznanie przez receptory kompleksu TOM; (2) przeniesienie przez kompleks TOM do przestrzeni miêdzyb³onowej; (3) stabilizacjê importowanego bia³ka w przestrzeni miêdzyb³onowej, w wyniku zwi¹zania z kompleksem TOM; (4) przeniesienie importowanego bia³ka do kompleksu TOB/SAM, z przypuszczalnym udzia³em ma³ych bia³ek Tim; (5) zwi¹zanie importowanego bia³ka przez kompleks TOB/SAM; (6) wprowadzenie importowanego bia³ka w b³onê przez kompleks TOB/SAM (wed³ug [41], zmodyfikowany) (4) przeniesienie importowanego bia³ka do kompleksu TOB/SAM, z przypuszczalnym udzia³em 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 powstania funkcjonalnego kompleksu TOM [41] i wymaga udzia³u dodatkowych bia³ek (patrz Bia³ka wspó³dzia³aj¹ce z kompleksem ). Co ciekawe, analizuj¹c skutki mutacji Tom40 Neurospora crassa wykazano, i kompleks TOM jest w stanie odró niæ od siebie poszczególne klasy importowanych bia³ek, w tym bia³ka tworz¹ce strukturê beczu³ki β, co jest warunkiem wstêpnym prawid³owego sortowania importowanych bia³ek i wprowadzenia w odpowiedni przedzia³ mitochondrialny [52]. Poniewa kompleks TOB/SAM odgrywa kluczow¹ rolê w powstaniu funkcjonalnego kompleksu TOM, jak i skutecznym imporcie innych bia³ek tworz¹cych w zewnêtrznej b³onie mitochondrialnej strukturê beczu³ki β, na przyk³ad kana³u VDAC gwarantuj¹cego wymianê metabolitów miêdzy mitochondriami i cytoplazm¹, nie ulega w¹tpliwoœci, i kompleks ten odgrywa podstawow¹ rolê w tworzeniu i funkcjonowaniu mitochondriów. Co wiêcej, du y rozmiar kana³u kompleksu TOB/SAM sprawia, i rozpatruje siê jego udzia³ w procesach wymagaj¹cych translokacji ma³ych, sfa³dowanych bia³ek przez zewnêtrzn¹ b³onê mitochondrialn¹, na przyk³ad w uwalnianiu cytochromu c z mitochondriów, uznawanym za kluczowy etap apoptozy [42]. Udzia³ kompleksu TOB/SAM w apoptozie sugeruje siê równie na podstawie ograniczonego podobieñstwa sekwencji

9 KOMPLEKS TOB/SAM: KLUCZOWA ROLA W BIOGENEZIE MITOCHONDRIÓW 77 aminokwasowej jego sk³adników i metaksyn (patrz Zwi¹zki ewolucyjne ), bêd¹cych prawdopodobnie istotn¹ czêœci¹ mitochondrialnej maszynerii egzekucji apoptozy [35]. BIOGENEZA KOMPLEKSU Biogeneza kompleksu TOB/SAM jest nadal zagadnieniem ma³o zbadanym. Oczywiœcie nie ulega w¹tpliwoœci, i import g³ównego sk³adnika kompleksu, bia³ka Tob55, które nale y do 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, bia³ko Tob55 nie musi opuœciæ kompleksu TOB/SAM. W kierowaniu bia³ka Tob55 do kompleksu TOB/SAM uczestnicz¹ kolejno kompleks TOM i ma³e bia³ka Tim w przestrzeni miêdzyb³onowej mitochondriów. Dalsze etapy w³¹czania bia³ka Tob55 w funkcjonalny kompleks TOB/SAM s¹ nadal przedmiotem dyskusji, przy czym obecnie sugeruje siê, e bia³ko to jest jednak uwalniane do b³ony, zanim dojdzie do jego w³¹czenia w kompleks TOB/SAM [41]. Nie ulega jednak w¹tpliwoœci, e warunkiem powstania aktywnego kompleksu TOB/SAM jest powstanie rdzenia tego kompleksu w wyniku oddzia³ywañ miêdzy bia³kami Tob55 i Tob38 [16,59]. Co ciekawe, trzeci sk³adnik kompleksu TOB/SAM, bia³ko Mas37, 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 kompleksu TOB/SAM prawdopodobnie powstaje bez udzia³u bia³ka Mas37 [16]. Dotychczas nie powsta³a praca poœwiêcona mechanizmowi importu bia³ka Tob38 do mitochondriów. Z kolei w przypadku bia³ka Mas37 wykazano, i jego import do mitochondriów przebiega bez udzia³u kompleksu TOM. Co wiêcej, sugeruje siê, i w procesie tym uczestniczy bezpoœrednio kompleks TOB/SAM [16]. Nowopowsta³e bia³ko Mas37 jest prawdopodobnie rozpoznawane przez rdzeñ kompleksu TOB/SAM i nastêpnie przy³¹czane, co stanowi zupe³nie nowy mechanizm wykorzystywany w imporcie bia³ek do mitochondriów. ZWI ZKI EWOLUCYJNE Bia³ka tworz¹ce strukturê beczu³ki β wystêpuj¹ powszechnie w zewnêtrznej b³onie eubakterii zaliczanych do bakterii Gram-ujemnych, gdzie pe³ni¹ funkcjê transporterów bia³ek i metabolitów, receptorów, enzymów i czynników wirulencji [41,46,62]. Na przyk³ad w przypadku Escherichia coli dotychczas zidentyfikowano ok. 60 bia³ek tego typu. Bia³ka tworz¹ce strukturê beczu³ki β wystêpuj¹ równie w b³onie zewnêtrznej organelli pochodzenia enbiosymbiotycznego, tj. mitochondriów i chloroplastów, jednak liczba zidentyfikowanych w tych organellach bia³ek o takiej 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 of mitochondrial morphology), uczestnicz¹ce prawdopodobnie w wytworzeniu odpowiedniej morfologii mitochondriów (ryc. 1).

10 78 H. KMITA, M. WOJTKOWSKA Koniecznoœæ w³¹czenia siê kompleksu TOB/SAM w proces wbudowywania w zewnêtrzn¹ b³onê mitochondrialn¹ bia³ek tworz¹cych strukturê beczu³ki β rodzi oczywiœcie pytanie dotycz¹ce z³o onoœci procesu importu tych bia³ek. Bia³ka te zostaj¹ skierowane pocz¹tkowo przez kompleks TOM do przestrzeni miêdzyb³onowej mitochondriów, sk¹d trafiaj¹ do kompleksu TOB/SAM i nastêpnie do b³ony. Sugeruje siê, i tak skomplikowany przebieg importu jest skutkiem ewolucyjnego pochodzenia mitochondrialnych bia³ek tworz¹cych strukturê beczu³ki β od bia³ek zewnêtrznej b³ony eubakterii o analogicznej topologii i strukturze [13,32,4142,45]. W toku ewolucji kierunek wbudowywania tego typu bia³ek w b³onê uleg³ zakonserwowaniu (ryc. 3). U eubakterii oraz w przypadku mitochondriów bia³ka tworz¹ce strukturê beczu³ki β kierowane s¹ najpierw do przedzia³u hydrofilnego (odpowiednio przestrzeñ periplazmatyczna i mitochondrialna przestrzeñ miêdzyb³onowa), sk¹d przy udziale bia³ek opiekuñczych trafiaj¹ do kompleksu gwarantuj¹cego wbudowanie w zewnêtrzn¹ b³onê. Przeniesienie genów koduj¹cych bia³ka z genomu endosymbionta do genomu j¹drowego, jak i powstanie nowych genów koduj¹cych bia³ka mitochondrialne towarzysz¹ce ewolucji komórki eukariotycznej spowodowa³o koniecznoœæ zaanga owania w proces importu kompleksu TOM, który umo liwia wprowadzenie bia³ek tworz¹cych strukturê beczu³ki β z cytoplazmy do mitochondrialnej przestrzeni miêdzyb³onowej. Co ciekawe, dostêpne dane wskazuj¹, i sposób wbudowywania bia³ek tworz¹cych strukturê beczu³ki β w b³onê zewnêtrzn¹ chloroplastów jest podobny do opisanego dla mitochondriów [41]. Jednak wykazanie pokrewieñstwa miêdzy bakteryjnymi i mitochondrialnymi bia³kami tworz¹cymi strukturê beczu³ki β natrafia na du e trudnoœci, wynikaj¹ce z braku homologii sekwencji aminokwasowej. Dotychczas tak¹ homologiê uda³o siê wykazaæ jedynie w przypadku bia³ka Tob55 [7,4142]. Brak podobieñstwa sekwencji aminokwasowej w przypadku bakteryjnych i mitochondrialnych bia³ek tworz¹cych strukturê beczu³ki β wynikaæ mo e z obserwowanej w przypadku tych bia³ek silnej tendencji do ewolucji dywergentnej [13,41,62]. Nale y jednak zaznaczyæ, i kwestia ewolucyjnego pochodzenia mitochondrialnych bia³ek tworz¹cych strukturê beczu³ki β nie zosta³a do dzisiaj jednoznacznie wyjaœniona. Na przyk³ad, w przypadku kana³u VDAC funkcjonuj¹ dwa przeciwstawne pogl¹dy, z których jeden zak³ada istnienie pokrewieñstwa miêdzy kana³em VDAC a porynami bakteryjnymi, prowadz¹cymi transport metabolitów przez zewnêtrzn¹ b³onê eubakterii i uznaje za zasadne stosowanie w przypadku tego kana³u nazwy poryna mitochondrialna, natomiast drugi uznaje istniej¹ce podobieñstwa za przypadkowe [6,9]. Tak e w przypadku bia³ka Tom40 istniej¹ dane wskazuj¹ce na jego pochodzenie eukariotyczne [31,44]. Jeœli istotnie niektóre z mitochondrialnych bia³ek tworz¹cych strukturê beczu³ki β nie s¹ spokrewnione z bia³kami eubakterii, ich powstanie by³oby skutkiem ewolucji konwergentnej, poniewa wszystkie te bia³ka wykazuj¹ wspólne cechy struktury drugorzêdowej, bêd¹cej warunkiem wstêpnym utworzenia beczu³ki β. Zawieraj¹ parzyst¹ liczbê (zwykle od 8 do 22) odcinków przyjmuj¹cych postaæ amfipatycznych i antyrównoleg³ych harmonijek β, z których ka da zawiera od 8 do 11 aminokwasów. Taka d³ugoœæ harmonijki umo liwia utworzenie fragmentu œciany beczu³ki β [41]. Nale y jednak zaznaczyæ, i struktury przestrzenne na poziomie atomowym uda³o siê do tej pory uzyskaæ jedynie w przypadku bia³ek bakteryjnych. W przypadku bia³ek eukariotycznych, w tym bia³ek mitochondrialnych, wnioskowanie o obecnoœci beczu³ki β opiera siê na

11 KOMPLEKS TOB/SAM: KLUCZOWA ROLA W BIOGENEZIE MITOCHONDRIÓW 79 RYCINA 3. Schemat wbudowywania bia³ek o strukturze beczu³ki β w zewnêtrzn¹ b³onê mitochondriów i bakterii Gram-ujemnych. W toku ewolucji kierunek wbudowywania bia³ek o strukturze beczu³ki β w b³onê uleg³ zakonserwowaniu. U bakterii Gram-ujemnych oraz w przypadku mitochondriów bia³ka tworz¹ce strukturê beczu³ki β kierowane s¹ najpierw do przedzia³u hydrofilnego (odpowiednio, przestrzeñ peryplazmatyczna i mitochondrialna przestrzeñ miêdzyb³onowa), sk¹d przy udziale bia³ek opiekuñczych trafiaj¹ do kompleksu gwarantuj¹cego wbudowanie w zewnêtrzn¹ b³onê (odpowiednio, bia³ko Omp85 i kompleks TOB/SAM) (wed³ug [45], zmodyfikowany) dowodach poœrednich obejmuj¹cych dane dotycz¹ce mechanizmu importu, zawartoœci harmonijek β i komputerowego modelowania bia³ek [46]. Jak wspomniano wczeœniej, bia³ko Tob55, g³ówny sk³adnik kompleksu TOB/SAM, jest jedynym mitochondrialnym bia³kiem tworz¹cym strukturê beczu³ki β, w przypadku którego stwierdzono homologiê z bia³kami bakteryjnymi [7,13,31,41,42]. Bia³ka te zaliczane s¹ do rodziny Omp85 (ang. outer membrane porin). Analiza filogenetyczna bia³ek zaliczanych do tej rodziny pozwala na wyró nienie czterech g³ównych grup o ró 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 the outer membrane of chloroplast) oraz ich homologi u cyjanobakterii, traktowane jako odrêbna ga³¹ÿ drzewa ewolucyjnego bia³ek Omp85.

12 80 H. KMITA, M. WOJTKOWSKA Nale y tak e zaznaczyæ, i bia³ka Toc75 nie stanowi¹ grupy homogennej z punktu widzenia filogenezy. Do bia³ek tych zalicza siê miêdzy innymi funkcjonalne odpowiedniki bia³ka Tom40, jak i bia³ka Tob55 [38,41,56]. Na podstawie homologii z bia³kiem Tob55 z mitochondriów S. cerevisiae obecnoœæ tego bia³ka stwierdzono w mitochondriach praktycznie wszystkich organizmów eukariotycznych, ³¹cznie z roœlinami i cz³owiekiem [7,13,31,42]. Jednak w przypadku pozosta³ych sk³adników kompleksu TOB/SAM zidentyfikowanych w mitochondriach S. cerevisiae uda³o siê jedynie zidentyfikowaæ nieliczne homologi. Obecnoœæ bia³ka Tob38 stwierdzono tylko w mitochondriach grzybów, przy czym sugeruje siê, i mo e byæ ono odpowiednikiem metaksyny 2, bia³ka zlokalizowanego w mitochondriach zwierz¹t [18,31,41]. Z kolei bia³ko Mas37 wykazuje ograniczone podobieñstwo sekwencji aminokwasowej do metaksyny 1, bia³ka zlokalizowanego w mitochondriach zwierz¹t i roœlin [18,31,35,41]. Dostêpne dane nie pozwalaj¹ zatem na razie na opracowanie powszechnie obowi¹zuj¹cego modelu organizacji kompleksu TOB/SAM organizmów eukariotycznych. Nie uda³o siê równie wykazaæ funkcjonowania u eubakterii homologu kompleksu TOB/SAM. Istniej¹ co prawda dane wskazuj¹ce na oddzia³ywanie bakteryjnych homologów bia³ka Tob55 z peryferyjnymi bia³kami b³onowymi [31,41,64], ale bia³ka te nie wykazuj¹ homologii z bia³kami eukariotycznymi oraz do tej pory nie udowodniono, aby powstaj¹ce z ich udzia³em kompleksy uczestniczy³y w insercji w b³onê bia³ek tworz¹cych strukturê beczu³ki β. Jednak tworz¹ce strukturê beczu³ki β bia³ka eubakterii poddane ekspresji w komórkach dro d y s¹ skutecznie wprowadzane w zewnêtrzn¹ b³onê mitochondriów [39], co wskazuje na du e podobieñstwo informacji zawartej w translokowanym bia³ku i tworzonej przez inne bia³ka maszynerii dekodowania tej informacji oraz zbli ony sposób funkcjonowania oddzia³uj¹cych bia³ek. Co ciekawe, mitochondria s¹ równie zdolne do importu chloroplastowych bia³ek tworz¹cych strukturê beczu³ki β i wprowadzania ich w b³onê zewnêtrzn¹ [49]. Analiza sekwencji aminokwasowych bia³ek tworz¹cych strukturê beczu³ki β i uczestnicz¹cych w procesie transportu bia³ek wskazuje na istnienie przynajmniej czterech ró nych sygnatur pozwalaj¹cych na identyfikacjê tych bia³ek [13,38,41,51]. Pierwsza z nich, okreœlana mianem POTRA (ang. polypeptyde transport associated domain) znajduje siê w rejonie koñca aminowego, zlokalizowanego poza b³on¹ i przypuszczalnie uczestniczy w rozpoznawaniu transportowanych bia³ek. Trzy nastêpne zlokalizowane s¹ w rejonie koñca karboksylowego, tworz¹cego strukturê beczu³ki β i wystêpuj¹ w analizowanych bia³kach z ró n¹ czêstotliwoœci¹. Obecnoœæ takich specyficznych motywów sekwencyjnych wskazuje na silne pokrewieñstwo ewolucyjne tworz¹cych strukturê beczu³ki β transporterów bia³ek i jest podstaw¹ wyró niania nadrodziny tworz¹cych strukturê beczu³ki β transporterów bia³ek, do której obok bia³ek eubakterii zaliczane s¹ bia³ka Tob55 i Toc75.

13 KOMPLEKS TOB/SAM: KLUCZOWA ROLA W BIOGENEZIE MITOCHONDRIÓW 81 PODSUMOWANIE W skomplikowanych procesach rozpoznawania i sortowania bia³ek kierowanych do mitochondriów uczestnicz¹ kompleksy bia³kowe, zlokalizowane w obu b³onach mitochondrialnych. Wœród nich podstawow¹ rolê w zapocz¹tkowaniu importu bia³ek do mitochondriów odgrywa kompleks TOM zlokalizowany w zewnêtrznej b³onie mitochondrialnej. Co wiêcej, warunkiem skutecznego kierowania bia³ek do mitochondriów jest odpowiedni stan energetyczny mitochondriów, warunkowany skuteczn¹ wymian¹ metabolitów miêdzy tymi organellami i reszt¹ komórki. Proces ten jest kontrolowany przez funkcjonuj¹cy w b³onie zewnêtrznej kana³ VDAC. Zarówno kana³ VDAC, jak i warunkuj¹ce dzia³anie kompleksu TOM bia³ko Tom40 nale ¹ do rodziny bia³ek tworz¹cych w b³onie strukturê beczu³ki β. Cz³onkami tej rodziny s¹ równie bia³ka kontroluj¹ce morfologiê i dystrybucjê mitochondriów. Zatem, wbudowywanie w b³onê zewnêtrzn¹ bia³ek o takiej topologii ma fundamentalne znaczenie nie tylko dla tworzenia mitochondriów w toku ewolucji, ale równie dla ich prawid³owego dzia³ania we wspó³czesnych komórkach. Kompleks TOB/SAM gwarantuj¹cy powstanie funkcjonalnych bia³ek o strukturze beczu³ki β w zewnêtrznej b³onie mitochondriów zyskuje zatem miano kluczowego w badaniach nad mitochondriami, a jego podstawowy sk³adnik, bia³ko Tob55, wykazuj¹ce homologiê z bia³kami bakteryjnymi jest istotnym elementem rozwa añ nad ewolucj¹ komórki eukariotycznej. LITERATURA [1] ABUHAMAD S, SIVAN S, SHOSAHANBARMATZ Z. The expression level of the voltage-dependent anion channel controls life and death of the cell. Proc Natl Acad Sci USA 2006; 103(15): [2] AHTING U,THIEFFRY M, ENGELHARDT H, HEGERL R, NEUPERT W, NUSSBERGER S. Tom40, the poreforming component of the proteinconducting TOM channel in the Outer Membrane of Mitochondria. J Cell Biol 2001; 153: [3] BENZ R. Permeation of hydrophilic solutes through mitochondrial outer membranes: review on mitochondrial proteins. Biochim Biophys Acta 1994; 1197: [4] BLACHYDYSON E, FORTE M. VDAC channels. IUBMB Life 2001; 52: [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 the cytoskeletonbased segregation machinery. Mol Biol Cell 2003; 14(11): [6] COLOMBINI M. VDAC: the channel at the interface between mitochondria and the cytosol. Mol Cell Biochem 2004; (12): [7] DOLEZAL P, LIKIC V, TACHEZY J, LITHGOW T. Evolution of the molecular machines of protein import into mitochondria. Science 2006; 313 (5785): [8] DYALL SD, BROWN MT, JOHANSON PJ. Ancient invasions: from endosymbionts to organelles. Science 2004; 9; 304(5668): [9] DE PINTO V, MESSINA A, ACCARDI R, AIELLO A, GUARINO F, TOMASELLO MF, TOMMASINO M, TASCO G, CASADIO R, BENZ R, DE GIORGI F, ICHAS F, BAKER M, LAWEN A. New functions of an old protein: the eukaryotic porin or voltage dependent anion selective channel (VDAC). J Biochem 2003; 52(1): [10] GABRIEL K, EGAN B, LITHGOW T. Tom40, the import channel of the mitochondrial outer membrane, plays an active role in sorting imported proteins. EMBO 2003; 22:

14 82 H. KMITA, M. WOJTKOWSKA [11] GABRIEL K, BUCHANAN SK, LITHGOW T. The alpha and the beta: protein translocation across mitochondrial and plastid outer membranes. Trends Biochem Sci 2001; 26(1): [12] GAVIN AC, ALOY P, GRANDI P,[ ] RUSSEL RB, SUPERTIFURGA G. Proteome survey reveals modularity of the yeast cell machinery. Nature 2006; 440(7084): [13] GENTLE I, GABRIEL K, BEECH P, WALLER R, LITHGOW T. The Omp85 family of proteins is essential for outer membrane biogenesis in mitochondria and bacteria. J Cell Biol 2004; 164 (1): [14] GRATZER -S, LITHGOW T, BAUER RE, LAMPING E, PALTAUF F, KOHWEIN SD, HAUCKE V, JUNNE T, SCHATZ G, HORST G. Mas37p, a novel receptor subunit for protein import into mitochondria. J Cell Biol 1995; 129(1): [15] GRAY MG, BURGER G, LANG BF. Mitochondrial evolution. Science 1999; 283: [16] HABIB SJ, WAIZENEGGER T, LECH M, NEUPERT W, RAPAPORT D. Assembly of the TOB complex of mitochondria. J Biol Cell 2005; 280: [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: [18] HOOGENRAAD NJ, WARD LA, RYAN MT. Import and assembly of proteins into mitochondria of mammals. Biochim Biophys Acta 2002; 1592: [19] HOPPINS SC, NARGANG TE W. The Tim8Tim13 Complex of Neurospora crassa Functions in the Assembly of Proteins into Both Mitochondrial Membranes. J Biol Cell 2004; 13: [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 human Tom40. J Biol Chem 2005; 280(12): [21] ISHIKAWA D, YAMAMOTO H, TAMURA Y, MORITOH K, ENDO T. The novel proteins in the mitochondrial outer membrane mediate β-barrel protein assembly. J Cell Biol 2004; 166: [22] JENSEN RE, DUNN CD. Protein import into and across the mitochondrial inner membrane: role of the TIM23 and TIM22 translocons. Biochim Biophys Acta 2002; 1592(1): [23] KMITA H, STOBIENIA O. Kana³ VDAC jako regulator funkcji mitochondriów. Post Biochem 2006; 52(2): [24] KMITA H, ANTOS N, WOJTKOWSKA M, HRYNIEWIECKA H. Processes underlying the upregulation of Tom proteins in S. cerevisiae mitochondria depleted of the VDAC channel. J Bioenerg Biomembr 2004; 36(2): [25] KMITA H, ANTOS N. Udzia³ kana³ów b³ony zewnêtrznej w fizjologii mitochondriów. Post Biol Kom 2002; 29: [26] KOEHLER CM. New developments in mitochondrial assembly. Cell Dev Biol 2004; 20: [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 the mitochondrial outer membrane. J Biol Chem 2003; 278: [28] KRIMMER T, GEISSLER A, PFANNER N, RASOW J. Sorting of preproteins into mitochondria. Chembiochem 2001; 2(78): [29] KROGAN NJ, CADNEY G,[ ], GREENBLAT JF. Global landscape of protein complex in the yeast Saccharomyces cerevisiae. Nature 2006; 30; 440(7084): [30] LEMASTERS JJ, HOLMUHAMEDOV E. Voltagedependent anion channel (VDAC) as mitochondrial governatorthinking outside the box. Biochim Biophys Acta 2006; 762(2): [31] LISTER R, HULETT JM, LITHGOW T,WHELAN J. Protein import into mitochondria: origins and functions today. Mol Membr Biol 2005; 22(12): [32] MARCOTTE EM, XENARIOS I, VAN DER BLIEK AM, EISENBERG D. Localizing proteins in the cell from their phylogenetic profiles. Proc Natl Acad Sci USA 2000; 97(22): [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 assembly by tom7mediated segregation of Mdm10. J Biol Chem 2006; 281(32): [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. The mitochondrial morphology protein Mdm10 functions in assembly of the the preprotein translocase of the outer membrane. Dev Cell 2004; 7(1): [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 peripheral outer membrane protein essential for cell viability. J Biol Chem 2004; 21:

15 KOMPLEKS TOB/SAM: KLUCZOWA ROLA W BIOGENEZIE MITOCHONDRIÓW 83 [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 in the structural organization of the TOM complex. J Mol Biol 2002; 316(3): [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 Biol 2001; 8(4): [38] MOSLAVAC S, MIRUS O, BREDMEIER R, SOLL J, VON HAESELER A, SCHLEIFF E. Conserved poreforming regions in polypeptidetransporting proteins. FEBS J 2005; 272(6): [39] MULLER A, RASSOW J,GRIMM J, MACHUY N, MEYER TF, RUDEL T. VDAC and the bacterial porin PorB of Neisseria gonorrhoeae share mitochondrial import pathways. EMBO J 2002; 21(8): [40] MUHLENBEIN N, HOFMANN S, ROTHBAUER U, BAUER MF. Organization and function of the small Tim complexes acting along the import pathway of metabolite carriers into mammalian mitochondria. J Biol Chem 2004; 279(14): [41] PASCHEN SA, NEUPERT W, RAPAPORT D. Biogenesis of β-barrel membrane proteins of mitochondria. Trends in Bioch Sci 2005; 10: [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): [43] PASCHEN SA, NEUPERT W. Protein import into mitochondria. IUBMB Life 2001; 52: [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): [45] PFANNER N, WIEDEMAN N, MEISINGER C, LITHGOW T. Assembling the mitochondrial outer membrane. Nat Struct and Mol Biol 2004; 11: [46] RAPAPORT D. How does the TOM complex mediate insertion of precursor proteins into the mitochondrial outer membrane. J Cell Biol 2005; 171(3): [47] RAPAPORT D. Biogenesis of the mitochondrial TOM complex. Trends Biochem Sci 2002; 27: [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: [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): [50] ROSTOVTSEVA TK, TAN W, COLOMBINI M. On the role of VDAC in apoptosis: fact and fiction. J Bioenerg Biomembr 2005; 37(3): [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): [52] SHERMAN EL,TAYLOR ED, GO NE, NARGANG FE. Effect of Mutations in Tom40 on Stability of the Translocase of the Outer Mitochondrial Membrane (TOM) Complex, Assembly of Tom40, and Import of Mitochondrial Preproteins. J Biol Chem 2006; 281(32): [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): [54] SHOSHANBARMATZ V, ISRAELSON A. The voltagedependent anion channel in Endoplasmic/sarcoplasmic reticulum: characterization, modulation and possible function. J Membr Biol 2005; 204(2): [55] SOGO LF, YAFFE MP. Regulation of mitochondrial morphology and inheritance by Mdm10p, a protein of the mitochondrial outer membrane. J Cell Biol 1994; 126(6): [56] SOLL J, SCHLEIFF E. Protein import into chloroplasts. Nat Rev Mol Cell Biol 2004; 5(3): [57] TAMM LK, HONG H, LIANG B. Folding and assembly of beta-barrel membrane proteins. Biochim Biophys Acta 2004; 1666: [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): [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 mitochondria. EMBO Rep 2004; 5(7):

16 84 H. KMITA, M. WOJTKOWSKA [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 Cell 2004; 18: [61] WIEDEMANN N, KOZJAK V, CHACIÑSKA A, SCHONFISCH B, ROSPERT S, RYAN MT, PFANNER N, MEISINGER C. Machinery for protein sorting and assembly in the mitochondrial outer membrane. Nature 2003; 424(6948): [62] WIMLEY WC. The versatile betabarrel membrane protein. Curr Opin Struct Biol 2003; 13(4): [63] WOJTKOWSKA M, KMITA H. Kana³y aparatu importu bia³ka do mitochondriów. Post Biol Kom 2004; 31(3): [64] WU T. Identification of a multicomponent complex required for outer membrane biogenesis in Escherichia coli. Cell 2005; 121: Redaktor prowadz¹cy Bo ena Kamiñska-Kaczmarek Otrzymano: r. Przyjêto: r. ul. Fredry 10, Poznañ kmita@amu.edu.pl