Proteinimport in den Intermembranraum von Mitochondrien
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Mitochondrien sind Organellen, die für das Leben eukaryontischer Zellen essentiell sind. Die Proteine des Intermembranraums (IMS), der durch die äußere und die innere mitochondriale Membran abgegrenzt wird, sind an vielen wichtigen zellulären und biochemischen Prozessen beteiligt, wie beispielsweise an der Energieerzeugung durch oxidative Phosphorylierung, der Assemblierung von Atmungskettenkomplexen, dem Transport von Biomolekülen und der apoptotischen Signalgebung. Bemerkenswerterweise werden alle IMS-Proteine im Zytosol synthetisiert. Anschließend müssen sie über die äußere Membran in den mitochondrialen IMS importiert werden. Der Redoxrezeptor Mia40 und die Thioloxidase Erv1 bilden ein Mia40/Erv1- Disulfid-Relais-System (DRS), das Disulfidbindungen in klassischen „twin-CxnC-Motiv“-Proteinen einführt und so deren Import in den IMS vermittelt. Außerdem verfügt das DRS über zusätzliche nicht-klassische Substrate, die Disulfidbindungen aufweisen. Trotz der Bedeutung des Mia40/Erv1-Importweges sind die frühen Schritte dieses Importweges im Zytosol und der Import von nicht-klassischen IMS-Proteinen mit Disulfidbindungen noch weitgehend ungeklärt. Wir stellten die Hypothese auf, dass zytosolische Proteine erforderlich sind, um die Vorstufenproteine von Mia40-Substraten im Zytosol in einem reduzierten importfähigen Zustand zu halten. Im ersten Projekt wollten wir zytosolische Proteine identifizieren, die mit Mia40-Substraten interagieren. Dazu akkumulierten wir Mia40-Substrate mit „Anhang“ im Zytosol, isolierten sie mittels des „Anhangs“ und bestimmten anschließend die coisolierten Proteine mittels Massenspektrometrie. Mit diesem Ansatz konnten wir als Interaktionspartner der Mia40-Substrate im Zytosol Proteine der Hsp70-Chaperon-Superfamilie identifizieren, die Ssa-Proteine und die Sse-Proteine. In Abwesenheit funktioneller Ssa-Proteine beobachteten wir einen Defekt in der Biogenese von Mia40-Substraten. In einem zweiten Projekt interessierten wir uns für die Lokalisation und die Biogenese von Mix17. Wir konnten eindeutig zeigen, dass Mix17 in das Zytosol exponiert ist. Im Gegensatz zu allen anderen Mia40-Substraten durchspannt Mix17 die äußere Membran, und zwar mit einer Nout-Cin-Topologie. Die Insertion von Mix17 in die Außenmembran hängt von seinem N- Terminus, dem energetischen Zustand der Mitochondrien und höchstwahrscheinlich von dem TOM-Komplex ab. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass wir mit Mix17 einen neuen Typ von Mia40-Substrat identifiziert haben. Diese Studie liefert wichtige Informationen über die Lokalisation und die Biogenese von Mix17 und bildet somit die Grundlage für die zukünftige Aufklärung der Funktion von Mix17 und seiner Orthologe in höheren Organismen. Im dritten Projekt charakterisierten wir im Hefesystem molekulare Defekte, die von in Patienten gefundenen GFER-Mutationen ausgelöst werden. In Übereinstimmung mit ihrem Wachstumsphänotyp in Hefe zeigten die neu gefundenen Mutationen geringe Auswirkungen auf den Redoxzustand von Mia40 und die Effizienz des Mia40-Importweges in Hefe. Interessanterweise war der Wachstumsdefekt deutlich verstärkt, wenn die GFER-Mutantenstämme unter Hypoxie-Bedingungen wuchsen. Diese Ergebnisse geben erste Einblicke in die molekularen Grundlagen des durch die Mutationen verursachten Krankheitsphänotyps.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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A single-cysteine mutant and chimeras of essential Leishmania Erv can complement the loss of Erv1 but not of Mia40 in yeast. Redox Biology, 15, 363-374.
Specht, Sandra; Liedgens, Linda; Duarte, Margarida; Stiegler, Alexandra; Wirth, Ulrike; Eberhardt, Maike; Tomás, Ana; Hell, Kai & Deponte, Marcel
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The Mia40 substrate Mix17 exposes its N-terminus to the cytosolic side of the mitochondrial outer membrane. Cold Spring Harbor Laboratory.
Resch, Moritz; Frickel, Johanna S.; Dischinger, Korbinian; Wen, Rachel Choo Shen; Hell, Kai & Harner, Max E.
