Funktionelle Analyse von Proteinen der mitochondrialen Lipidhomöostase

• Antragsteller: Dr. Kai Stefan Dimmer
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie ; Biochemie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 264118468

Mitochondrien besitzen zwei Membranen, die wichtige Funktionen erfüllen und jeweils eine typische Zusammensetzung von Proteinen und Lipiden aufweisen. Während die Biogenese mitochondrialer Proteine in den letzten Jahrzehnten intensiv untersucht wurde, ist wenig über den Transport und die Homöostase der mitochondrialen Lipide bekannt. Ein Großteil der Lipide wird aus anderen Organellen importiert, und nur wenige werden im Mitochondrium aus importierten Vorstufen synthetisiert. Mit der Identifizierung von ERMES, einem Proteinkomplex im Zentrum von ER-Mitochondrien-Kontakten, wurde ein erster Mediator für den Lipidtransport der Mitochondrien in S. cerevisiae (Hefe) identifiziert. Mitochondrien stehen jedoch auch mit anderen Organellen, wie z.B. Vakuole, Peroxisomen und Lipidkörper (LK) in Kontakt. Es gibt Hinweise darauf, dass Lipide an Kontaktstellen in Mitochondrien importiert werden können. Während der Kontakt zu Vakuole und Peroxisomen eingehend untersucht wurde, ist über die Proteine die an den Kontaktstellen zu Lipidkörpern beteiligt sind, wenig bekannt. Außerdem sind die Transporter, die Lipide binden und übertragen, weitgehend unbekannt. Obwohl mitochondriale Membranen den niedrigsten Sterolgehalt aller Organellmembranen aufweisen, sind Sterole für die mitochondriale Funktion erforderlich. Ergosterol wird im ER synthetisiert und als Sterolester in Lipidkörpern gespeichert. Daher muss es in die Mitochondrien importiert werden. Die Prozesse, die den Import von mitochondrialem Sterol und dessen Homöostase bestimmen, sind weitgehend ungeklärt. Um neue Erkenntnisse über die mitochondriale Lipidhomöostase in Hefe zu gewinnen, wird das vorgeschlagene Projekt mehrere Fragen behandeln: i) Wie interagieren Mitochondrien mit Lipidkörpern und was sind die beteiligten Proteine? ii) Welche Moleküle werden zwischen beiden Organellen ausgetauscht? und iii) Welche Proteine sind am Austausch von mitochondrialem Sterol beteiligt. Wir werden Hefegenetik, Fluoreszenzmikroskopie, proteinbiochemische Assays, Massenspektrometrie und Lipidomanalysen kombinieren, um diese Fragen zu beantworten. Mittels subzellulären Fraktionierungen gefolgt von Massenspektrometrie werden wir Proteine, die LD an Mitochondrien binden identifizieren, und den Einfluss von Mitochondrien auf LDs und umgekehrt untersuchen. Als nächstes werden wir die Bedeutung des ERMES-Komplexes und anderer Ergosterol bindender Proteine für die Sterolhomöostase der Mitochondrien analysieren. Darüber hinaus werden wir die Rolle der drei mitochondrialen Proteine Mcp1-3 beim Ergosteroltransport untersuchen. Der Schwerpunkt liegt auf dem konservierten Protein Mcp2, das eine atypische Kinase-Domäne im Intermembranraum (IMS) aufweist. Wir werden nach Substraten von Mcp2 suchen und seine Wechselwirkungen mit der einzig bekannten mitochondrialen Triacylglycerin-Lipase, Tgl2, untersuchen. Zusammengefaßt wird das vorgeschlagene Projekt neue Erkenntnisse über die mitochondriale Lipidhomöostase liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen