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

• Erstellungsjahr: 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Mitochondrien sind Organellen mit vielfältigen Funktionen. Während der Endosymbiose eines α-Proteobakteriums wurden sie zu einem Kompartiment mit zwei Membranen, der äußeren und der inneren Mitochondrienmembran (MOM bzw. MIM), die beide eine einzigartige Proteinund Lipidzusammensetzung aufweisen und zwei Subkompartimente, die Matrix und den Intermembranraum (IMS), einschließen. Mitochondrienmembranen unterliegen einem ständigen Lipidaustausch. Cardiolipin und Phosphatidylethanolamin werden in den Mitochondrien aus Phosphoglycerolipid-(PGL)- Vorstufen synthetisiert. Diese Vorstufen, auch Membranbestandteile und alle anderen mitochondrialen PGL werden (v.a. aus dem ER) importiert. Im Modellorganismus S.cerevisiae wird dieser Import hauptsächlich durch den ERMES Proteinkomplex vermittelt. Wir haben bereits gezeigt, dass der Verlust dieses Komplexes teilweise durch die Überexpression einer MIM Kinase, die in den IMS hineinragt, dem Mdm10-komplementierenden Protein (Mcp) 2, kompensiert werden kann. Membranlipide werden dann durch Lipidtransferproteine zwischen MOM und MIM über den IMS ausgetauscht. Die zweite Familie der zellulären Lipide sind die neutralen Lipide wie Triacylglyceride (TAG). Sie spielen eine wichtige Rolle bei der Speicherung von Energie, Fettsäuren und PGL- Vorstufen. Obwohl TAGs im Stoffwechsel von α-Proteobakterien eine Rolle spielen, ist wenig über ihre Bedeutung für mitochondriale Prozesse bekannt. Daher war es eine Überraschung, als wir in einem systematischen genetischen Screen die Interaktion von MCP2 mit dem Gen für die vorhergesagte Triacylglyceridlipase (Tgl) 2 identifizierten. Tgl2 ist ein IMS-Protein. Es gehört zu einer Familie von Lipasen, deren andere Mitglieder in Lipidtröpfchen (LDs) zu finden sind. Frühere in vitro Studien deuten auf eine lipolytische Aktivität von Tgl2 gegenüber kurzkettigen TAGs und DAGs sowie langkettigen TAGs hin, die im Hefestoffwechsel eine untergeordnete Rolle spielen. Obwohl der Verlust von Tgl2 das Zellwachstum nicht beeinträchtigt, führt der Verlust von Tgl2 und Mcp2 zu einer Verlangsamung des Wachstums, und zu einem Anstieg der zellulären TAG/PGL-Spiegel, was auf eine Beteiligung der Mitochondrien am TAG-Stoffwechsel hinweist. Das Hauptziel unseres Projektes ist es, die Struktur und Funktion von Tgl2 zu charakterisieren und die Verbindung zwischen einer potentiellen TAG-Lipase im IMS und dem Metabolismus neutraler Lipide zu verstehen. Wir konnten zeigen, dass Tgl2 in einem Komplex mit höherem Molekulargewicht vorliegt und auch intermolekulare Disulfidbrücken ausbildet. Das Protein ist teilweise an die MIM gebunden und seine vorhergesagte Lipase/Acyltransferase-Domäne ist für seine Funktion notwendig. Nicht funktionelles Tgl2 wird durch die AAA-Protease Yme1 abgebaut, und wir haben auch eine genetische Interaktion zwischen MCP2, TGL2 und YME1 beobachtet. Unsere Daten deuten darauf hin, dass der erhöhte TAG/PGL-Spiegel in Zellen, denen Tgl2 und Mcp2 fehlen, mitochondrialen Ursprungs ist.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Characterization of Tgl2, a putative lipase in yeast mitochondria.
  Tiku, Vitasta; Tatsuta, Takashi; Jung, Martin; Rapaport, Doron & Dimmer, Kai Stefan