Molekulare Mechanismen des Transports von Proteinen über der inneren Membran der Mitochondrien

• Antragstellerin: Dr. Dejana Mokranjac
• Fachliche Zuordnung: Biochemie
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 222379219

Mitochondrien sind Zellorganellen, in denen vom Energie-Metabolismus über die Produktion wichtiger Metabolite bis hin zur Regulation der Apoptose viele essentielle zelluläre Prozesse stattfinden. Fehlfunktionen in den Mitochondrien verursachen Krankheitsbilder im Menschen, wie neurodengenerative Erkrankungen, Diabetes, unterschiedliche Arten von Krebs sowie durch Mutationen in Genen mitochondrialer Proteine verursachte Erbkrankheiten. Die korrekte Struktur und Funktion der Mitochondrien ist direkt abhängig vom Import von circa 1000 Proteinen aus dem Cytosol. Über die Hälfte dieser Proteine verfügt über einen abspaltbaren N-Terminus, die sog. Präsequenz, und wird vom TIM23-Komplex durch die innere mitochondriale Membran in die Matrix importiert oder in die innere Membran inseriert. In den letzten Jahren wurde die unerwartet hohe Komplexität des TIM23-Komplexes beschrieben, der aus 11 Untereinheiten besteht und für den Proteinimport sowohl das Membranpotential als auch die Energie aus der Hydrolyse von ATP in der Matrix nutzt. Allerdings ist nur sehr wenig über das Zusammenspiel dieser Komponenten und die genauen Mechanismen des Energietransfers, welche den unidirektionalen Proteintransport ermöglichen, bekannt.In unserem Labor kombinieren wir biochemische, zellbiologische und genetische Methoden mit Strukturbiologie und Biophysik, um die Funktionsmechanismen dieser erstaunlichen molekularen Maschine zu verstehen. In diesem Projekt werden wir aktuelle Entwicklungen in der Massenspektrometrie und der Biophysik zur Untersuchung des Zusammenspiels zwischen dem ATP-hydrolysierenden Teil des Komplexes und dem Translokationskanal in nativer Umgebung nutzen. Die gewonnenen Daten werden wir durch die Analyse eines funktionell rekonstituierten TIM23-Komplexes ergänzen. Für diese Rekonstitution werden wir erstmalig ausschließlich rekombinante Proteine verwenden, da es uns kürzlich gelungen ist auch die Komponenten des Translokationskanals rekombinant zu exprimieren und zu reinigen.Durch diese Experimente werden wir einen tiefen Einblick in die molekularen Mechanismen der einzelnen Schritte der Proteintranslokation durch den TIM23-Komplex und damit auch der Energieumwandlung von Membranpotential und ATP-Hydrolyse in unidirektionalen Proteintransport gewinnen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen