超解像度顕微鏡は、哺乳類のミトコンドリアにおける内膜タンパク質複合体の配置を明らかにしています

ミトコンドリアの内膜は、ミトコンドリアの電子輸送鎖の複合体、ミトコンドリアトランスレーマ、品質管理機械など、大きな多量体複合体を含むタンパク質が豊富な環境です。内膜は非常にタンパク質であり、すべてのミトコンドリアタンパク質の40〜60％がこのコンパートメントに局在していますが、この環境における複合体の空間分布と組織についてはほとんど知られていません。確率的光学再構成顕微鏡（Storm）を使用して、内膜複合体の配置を調査することに着手しました。TIM23複合体、TIM23およびTIM44（それぞれTIMM23およびTIMM44とも呼ばれる）、および複合IVサブユニットCOXIVのサブユニットは、組織化されたクラスターを形成し、外膜タンパク質Tom20（Tomm20としても知られる）とは異なる特性を示していることを明らかにします。密度ベースのクラスター分析は、TIM23とは異なるTIM44のバイモーダル分布を示し、異なるTIM23サブコンプレックスを示唆しています。COXIVは、複雑なIVアセンブリの破壊時に破壊されるより大きなクラスターに配置されています。したがって、ストームスーパー解像度顕微鏡は、ミトコンドリア内膜複合体のナノスケール分布を調べるための強力なツールであり、細胞の文脈にミトコンドリア複合体がどのように存在するかについての重要な情報を取得するための「視覚」アプローチを提供します。

The mitochondrial inner membrane is a protein-rich environment containing large multimeric complexes, including complexes of the mitochondrial electron transport chain, mitochondrial translocases and quality control machineries. Although the inner membrane is highly proteinaceous, with 40-60% of all mitochondrial proteins localised to this compartment, little is known about the spatial distribution and organisation of complexes in this environment. We set out to survey the arrangement of inner membrane complexes using stochastic optical reconstruction microscopy (STORM). We reveal that subunits of the TIM23 complex, TIM23 and TIM44 (also known as TIMM23 and TIMM44, respectively), and the complex IV subunit COXIV, form organised clusters and show properties distinct from the outer membrane protein TOM20 (also known as TOMM20). Density based cluster analysis indicated a bimodal distribution of TIM44 that is distinct from TIM23, suggesting distinct TIM23 subcomplexes. COXIV is arranged in larger clusters that are disrupted upon disruption of complex IV assembly. Thus, STORM super-resolution microscopy is a powerful tool for examining the nanoscale distribution of mitochondrial inner membrane complexes, providing a 'visual' approach for obtaining pivotal information on how mitochondrial complexes exist in a cellular context.