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The translocase of the outer mitochondrial membrane (TOM complex) is the general entry site for newly synthesized proteins into mitochondria. This complex is essential for the formation and maintenance of mitochondria. Here, we report on the role of the integral outer membrane protein, Mim1 (mitochondrial import), in the biogenesis of mitochondria. Depletion of Mim1 abrogates assembly of the TOM complex and results in accumulation of Tom40, the principal constituent of the TOM complex, as a low-molecular-mass species. Like all mitochondrial beta-barrel proteins, the precursor of Tom40 is inserted into the outer membrane by the TOB complex. Mim1 is likely to be required for a step after this TOB-complex-mediated insertion. Mim1 is a constituent of neither the TOM complex nor the TOB complex; rather, it seems to be a subunit of another, as yet unidentified, complex. We conclude that Mim1 has a vital and specific function in the assembly of the TOM complex.

Die Translokase der mitochondrialen Außenmembran TOM-Komplex erkennt alle in Mitochondrien zu importierenden Proteine und vermittelt den Transfer in oder über die Membran. Der Mechanismus der Translokation ist allerdings bisher nur teilweise verstanden. Strukturelle Informationen über den TOM-Komplex können Fragen nach den Detailschritten beantworten helfen. Aus dem Schimmelpilz Neurospora crassa wurde der TOM-Komplex so aufgereinigt, dass Ausbeute und Reinheit strukturelle Untersuchungen mittels Proteinkristallographie ermöglichten. Kristalle des TOM-Komplexes wurden gewonnen und Beugungsexperimente durchgeführt. Die Auflösung der erhaltenen Kristalle des TOM-Komplexes war nicht ausreichend, um Aussagen über die Raumgruppe oder den strukturellen Aufbau des Komplexes treffen zu können. Deshalb wurde das Reinigungsverfahren weiter optimiert sowie eine Reihe von Mutanten des TOM-Komplexes untersucht. Bisher konnte jedoch keine Verbesserung der Beugungsdaten erreicht werden. Zu Beginn dieser Arbeit waren vier Untereinheiten des TOM-Core-Komplexes von N. crassa bekannt: Tom40, Tom22, Tom7 und Tom6. Im ansonsten vergleichbar aufgebauten TOM-Core-Komplex von S. cerevisiae war noch eine weitere Komponente Tom5 beschrieben worden. Daher wurde im Vorfeld der Kristallisationsexperimente die Zusammensetzung des N. crassa TOM-Komplexes massenspektrometrisch analysiert, wobei Tom5 als eine weitere Tom-Untereinheit in N. crassa identifiziert werden konnte. Aufgrund von Experimenten mit S. cerevisiae wurde eine Rolle des Tom5 im Proteinimport in Mitochondrien postuliert. Im Gegensatz hierzu hatte Tom5 in N. crassa keinen Einfluß auf den Proteinimport. Auch auf die Assemblierung des TOM-Komplexes und das Wachstum der Zellen wirkte sich eine Deletion von Tom5 in N. crassa nicht negativ aus. Die Ergebnisse dieser Arbeit lassen allerdings eine solche Funktion auch in Hefe als fraglich erscheinen. Vielmehr deuten die hier vorgelegten Befunde auf eine strukturelle Funktion von Tom5 bei der Stabilisierung des TOM-Komplexes hin. Um weitere neue Komponenten des Import- und Assemblierungsapparates der mitochondrialen Außenmembran zu finden, wurde eine massenspektrometrische Analyse der Proteine von isolierten Außenmembranvesikeln aus N. crassa durchgeführt. Hierbei wurde Mim1 als bisher unbekanntes Außenmembranprotein identifiziert. Mim1 liegt in einem 300 kDa-Komplex vor und es wurde eine essentielle Funktion von Mim1 bei der Assemblierung des TOM-Komplexes nachgewiesen.

Here we present a biophysical, structural, and computational analysis of the directed evolution of the human DNA repair protein O-6-alkylguanine-DNA alkyltransferase (hAGT) into SNAP-tag, a self-labeling protein tag. Evolution of hAGT led not only to increased protein activity but also to that the reactivity of the suicide enzyme can be influenced by higher stability, especially of the alkylated protein, suggesting stabilizing the product of the irreversible reaction. Whereas wild-type hAGT is rapidly degraded in cells after alkyl transfer, the high stability of benzylated SNAP-tag prevents proteolytic degradation. Our data indicate that the intrinstic stability of a key a helix is an important factor in triggering the unfolding and degradation of wild-type hAGT upon alkyl transfer, providing new insights into the structure-function relationship of the DNA repair protein.