Die mitochondriale Unfolded-Protein-Response in Saccharomyces cerevisiae

• Antragstellerin: Dr. Nikola Wagener
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 290153195

Mitochondrien werden durch zwei genetische Systeme kontrolliert, das nukleäre und das mitochondriale Genom. Daher erfordert mitochondriale Homöostase eine komplizierte Interaktion beider Genome. Die regulatorischen Mechanismen hängen von verschiedenen Faktoren ab wie der Verfügbarkeit von Metaboliten, oxidativem Stress, der Integrität des Membranpotentials oder Proteinfaltungsstress. Ein paar dieser Faktoren sind bereits untersucht worden. Die Antwort auf die Akkumulation ungefalteter oder falsch gefalteter Proteine scheint von besonderer Bedeutung zu sein. Diese Art von Stress kann durch (a) unausgeglichene Expression von Proteinen, die Bestandteil von Komplexen sind, (b) Synthese und Import veränderter Proteine, (c) Schädigung der mitochondrialen DNA oder (d) Veränderungen der Transkription/Translation hervorgerufen werden. Bisher wurden Antworten auf Proteinfaltungsstress in Caenorhabditis elegans und Säugerzellen beobachtet, aber nur begrenzt verstanden. In dem beantragten Projekt soll Hefe als Modellorganismus verwendet werden, da aufgrund ihrer hervorragenden Eignung für genetische Veränderungen und biochemische Analysen eine umfassende Untersuchung der mitochondrialen Unfolded-Protein-Response (UPRmt) möglich ist.Unsere letzten Ergebnisse zeigen, dass die Inhibierung der mitochondrialen Proteinsynthese zu einer verstärkten Expression einer Reihe mitochondrialer Proteine führt, im speziellen von Hsp60, mtHsp70, Yme1, Mdj1 und dem kaum charakterisierten AAA-Protein Msp1. Msp1 Mutanten zeigen veränderte Mengen kleiner mitochondrialer Intermembranraumproteine wie Cox17, Tim10 und Tim13. Basierend auf unseren vorherigen und laufenden Arbeiten schlagen wir vor, dass Msp1 eine Rolle beim Import oder Export und anschließendem Abbau dieser Intermembranraumproteine spielt.Während einer Förderperiode dieses Projekts werden weitere Proteine inner- und außerhalb von Mitochondrien identifiziert werden. Dies werden sowohl Zielproteine sein, die veränderte Expressionsmengen zeigen, als auch Signalfaktoren, die ihre Lokalisation nach Induktion der UPRmt verändern oder posttranslational modifiziert werden. Dies wird durch massenspekrometrische Analysen von Mitochondrien, die aus gestressten oder ungestressten Zellen isoliert wurden, erreicht werden (SILAC). Zusätzlich wird das Proteom ganzer Zellen und isolierter Nuklei erstellt werden. RNAseq-Analysen werden diese Ergebnisse auf Transkriptionsebene komplementieren. Ein weiterer Ansatz zur Identifizierung von Proteinen der UPRmt wird die Expression eines von uns entwickelten Reportersystems in einer Hefe-Deletionsbibliothek sein. Diese genetische Analyse wird die SILAC-Daten erweitern und validieren. Deletions- und Überexpressionsmutanten sowie getaggte Formen der identifizierten Proteine werden hinsichtlich ihres Wachstumsphänotyps, Stressempfindlichkeit, mitochondrialer Struktur und Interaktionspartner analysiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen