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综述：线粒体前导序列不仅仅是地址标签真核细胞是区室化的。由于所有蛋白质（除了一些细胞器内的翻译产物）均在细胞质中合成，许多新合成的蛋白质必须被分选到其特定的亚细胞定位。靶向信号如同地址标签，被其目标区室表面的受体所识别。线粒体靶向信号（MTS）就是其中一类重要的信号。 大多数线粒体蛋白在合成时带有一个N端前导序列（presequence）。前导序列的长度通常在10至70个氨基酸残基之间，具有两亲性（一端疏水，一端带正电荷），富含丝氨酸和苏氨酸，缺乏带负电的残基。这些共同特性使得通过TargetP、MitoFates等平台可以可靠地预测蛋白质的线粒体靶向特性。 在大多数情况下，前导序列在进入线粒体基质后会被线粒体加工肽酶（MPP）切除。术语“前导序列”和“MTS”常被混用，但严格来说，前导序列是那些被MPP切除的N端区域，其中通常包含了线粒体蛋白的靶向信息，即MTS。 MTSs对于线粒体靶向既是必要的也是充分的。然而，靶向效率差异很大：一些前导序列需要高能线粒体，而另一些则不那么挑剔。显然，前导序列不仅在长度上差异很大，在“强度”上也是如此，更长的前导序列通常被发现效率更高。 前导序列将蛋白质从细胞质引导至线粒体基质。它们在整个导入途径中与一系列线粒体结合位点顺序相互作用：首先与细胞质因子结合以维持导入能力；然后被线粒体表面受体（如Tom20, Tom22, Tom70）识别；接着被传递给Tom40的蛋白传导通道；再从TOM孔穿出后，与TIM23复合物相互作用；最终，在伸入基质后，被线粒体Hsp70分子捕获，驱动蛋白质易位，最后被MPP识别并切割。 前导序列在这些不同结合反应中的效率可能存在差异，可能是为了微调其各自前体蛋白的生物合成。例如，一些基质蛋白采用“弱”前导序列，使用两步导入途径（MitoTraP），在最终穿过内膜之前暂时释放到膜间隙中。 有假说认为前导序列会阻碍前体蛋白的折叠，但实验证据并不完全支持。在体内，前导序列通过与细胞质伴侣蛋白（如NAC、Hsp70家族成员）结合，显著影响蛋白质在细胞质中的（未）折叠状态。 更长的前导序列可能因其存在Hsp90系统特定组件的结合位点而具有更高的导入效率。TOMM34（或称Tom34）是动物细胞中Hsp90的胞质辅助伴侣，可支持线粒体蛋白导入。Hsp90（在TOMM34/Cns1的协助下）可能将前体导向线粒体表面的Tom70，以促进其解折叠和高效易位进入线粒体。 未能导入的线粒体前体蛋白可以被隔离到称为MitoStores（或称Q bodies、cytoQs）的细胞质聚集体中。在酵母细胞中，小的热休克蛋白（特别是Hsp42）是MitoStore形成所必需的成核因子。解聚酶Hsp104能够从MitoStores中释放前体蛋白以促进其导入。只有一部分新合成的线粒体蛋白会进入MitoStores，而前导序列的存在对其聚集至关重要。 在人类细胞中也观察到含有线粒体前体蛋白的MitoStores样聚集体形成，这些结构被称为p62小体。 如果导入失败，大多数未导入的线粒体前体蛋白会被蛋白酶体迅速降解。前导序列或成熟区内的片段可能作为降解决定子（degron），促进这些E3蛋白对前体进行泛素化。 在人类细胞中，未导入前体蛋白的前导序列被一个称为SIFI的大型复合物识别。该复合物含有泛素连接酶亚基UBR4，可泛素化其底物并促进其后续的蛋白水解降解。SIFI复合物在细胞对线粒体导入缺陷引发的应激反应中扮演核心角色：当导入出现问题时，DELE1和HRI的降解被竞争性抑制，从而激活整合应激反应（ISR）。 不仅前导序列，前体蛋白成熟区内的片段也决定了其蛋白水解稳定性。例如，未导入前体蛋白中的疏水跨膜结构域被ubiquilin结合，后者招募泛素连接酶RNF126以促进泛素化。 对于某些双重定位的蛋白（如柠檬酸合酶Cit1），其导入失败会导致有功能的折叠蛋白出现在细胞质中，这可能因代谢毒性而产生危害。泛素连接酶复合物Skp1-Cdc53-Ucc1能识别细胞质中折叠的Cit1并促进其降解。 近期研究表明，线粒体前导序列不仅仅是引导蛋白质进入线粒体的“入场券”。它们与多种因子相互作用，调控新合成蛋白的靶向、（未）折叠和蛋白水解稳定性。此外，前导序列还可能决定蛋白质是共翻译还是后翻译导入。由于前导序列存在时间短暂（合成后很快被MPP切除），这阻碍了对其结合伴侣和特殊模体的鉴定。新方法（如邻近标记、位点特异性交联等）的应用将有助于揭示前导序列复杂的生理功能。 |
