Molekulare Mechanismen des mitoRQC Pathways in der Aufrechterhaltung der mitochondrialen Homöostase

• Antragstellerin: Dr. Dejana Mokranjac, seit 8/2019
• Fachliche Zuordnung: Biochemie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 406246262

Das Proteom der Zellen benötigt eine dauernde Kontrolle seiner Korrektheit, da viele Faktoren zu veränderten Proteinen führen, die toxische Effekte ausüben können. Zellen besitzen daher eine Reihe von Kontrollmechanismen, die dafür sorgen, dass toxische Proteine abgebaut oder in unschädlichen Aggregaten deponiert werden.Wir haben einen neuen Kontrollweg entdeckt, der spezifisch Mitochondrien vor Anhäufung von aberranten Proteinen schützt. Wie wir herausfanden, werden solche Proteine laufend in normalen produziert. Dieser neue Kontrollweg eliminiert Proteine bereits, wenn sie sich noch als Peptidyl-tRNAs an Ribosomen befinden, gehört also zu den Ribosomen-assoziierten Qualitätskontrollwegen (RQC). Dieser Kontrollweg ist spezifisch für Mitochondrien (mitoRQC). Drei cytosolische Proteine wurden als entscheidend in Hefe identifiziert: Vms1, Ltn1 und Rqc2. Vms1 war als gering charakterisiertes Protein bekannt, das unter Stressbedingungen Schädigung von Mitochondrien verhindern kann. Ltn1 ist die E3-Ubiquitinligase, die an 60S Ribosomen bindet und Lysinereste ubiquityliert. Rqc2 ist ein Enzym, das an 60S gebunden, mRNA-unabhängig Ala- und Thr-Reste an die C-Termini der Peptidyl tRNAs anhängt (CAT-tails). Unsere Ergebnisse haben uns zu einem Modell geführt, in dem Vms1 und Ltn1 Zellen vor den toxischen Effekten von aberranten Proteinen schützen, wenn diese sich noch als naszierende Ketten an den Ribosomen befinden. In Abwesenheit von Vms1 und Ltn1 modifiziert Rqc2 diese Polypeptide mit CAT-tails. Die mit CAT-tails versehenen Polypeptide werden von den 60S Ribosomen abgelöst und in die Mitochondrien importiert, wo sie aggregieren, essentielle molekulare Chaperone und Komponenten der mitochondrialen Tranlationsmaschinerie sequestrieren, ein Prozess der zum Zelltod führt.Das vorliegende Vorhaben zielt auf eine profunde Aufklärung der zugrunde liegenden molekularen Prozesse ab. Wir werden biochemische Verfahren mit hefegenetischen und strukturbiologischen Methoden verbinden, um die Interaktion von Vms1 mit 60S Ribosomen aufzuklären, die antagonistische Interaktion von Vms1 mit Rqc2 zu verfolgen, mögliche Rezeptoren von Vms1 auf der mitochondrialen Außenmembran aufzufinden und nach weiteren Komponenten des mitoRQC Wegs zu suchen. Wir werden analysieren, wie aberrante toxische Polypeptide in der Matrix der Mitochondrien beseitigt werden und welche Funktionen die Hydrolyse von Peptidyl-tRNAs und reaktive Sauerstoffspezies in diesem Proteinqualitäts-Kontrollwegs ausüben. Damit wollen wir grundlegende Einsichten in die molekularen Mechanismen gewinnen, die eukaryotische Zellen zum Schutz der Mitochondrien gegen die Wirkung von toxischen Proteinen entwickelt haben. Prozesse der Schädigung von Mitochondrien sind in den vergangenen Jahren zunehmend in den Fokus der Forschung gelangt, und somit erhoffen wir uns mit unseren Untersuchungen einen Beitrag zur Aufklärung der inzwischen zahlreichen mitochondrialen Erkrankungen zu leisten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr. Walter Neupert, bis 8/2019 (†)