Mechanismus der inverted formin 2 (INF2)-vermittelten Effekte auf ER und Mitochondrien

• Antragstellerin: Dr. Frieda Kage
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 418076373

Mitochondrien zeichnen sich durch eine bemerkenswert komplexe Morphologie aus. Für die Aufrechterhaltung mitochondrialer Funktionen sind Kontrollprozesse, basierend auf Fusion und Spaltung, notwendig. Eine Schlüsselkomponente ist die GTPase Drp1, die um Mitochondrien oligomerisiert und diese einschnürt. Mitochondriale Spaltung erfolgt bevorzugt an Kontaktstellen zwischen ER und Mitochondrien, jedoch ist der zugrundeliegende Mechanismus bei dem das ER die Teilung stimuliert unklar. Jüngste Erkenntnisse deuten darauf hin, dass der ER-gebundene Aktin Polymerisationsfaktor INF2 eine wichtige Rolle spielt. INF2-polymerisierte Aktin Filamente tragen auf unterschiedliche Weise zur Teilung bei: 1) durch die verstärkte Rekrutierung von Drp1 an mitochondriale Teilungsbereiche. 2) durch einen begünstigten Calcium Transport vom ER zum Mitochondrium, wobei die erhöhte Menge an mitochondrialem Calcium Kontraktionen der inneren, mitochondrialen Membran bewirkt. Mein Projekt adressiert unbeantwortete Fragen bezüglich des zugrundeliegenden Mechanismus. I) Welche Aktin Filament Populationen sind involviert in den Prozess der mitochondrialen Teilung? INF2 bewirkt die Ausbildung von mindestens drei verschiedenen Filament Klassen: Filamente, die sich direkt an der mitochondrialen Teilungsstelle befinden; Filamente, die entlang des Mitochondriums verlaufen und Filamente innerhalb des Zytosols. Ich werde CRISPR-´knock-in´ Modelle generieren mit deren Hilfe ich Fluoreszenz-markiertes, endogenes INF2 und resultierende Aktinstrukturen durch Lebendzell-Mikroskopie visualisieren kann. II) Was ist die exakte Funktion der ER-Lokalisation von INF2 im Kontext von mitochondrialer Teilung? Ich beabsichtige die spezifische, genetische Eliminierung der ER-assoziierten INF2-CAAX Isoform, sowie die artifizielle Rekrutierung von INF2 an andere Zellorganellen. III) Welche Rolle spielt MyosinII bei der mitochondrialen Spaltung? Vorangegangene Arbeiten haben gezeigt, dass MyosinII für dynamische Prozesse an der äußeren als auch an der inneren mitochondrialen Membran benötigt wird, jedoch ist die Beziehung von MyosinII zu INF2-polymerisierten Aktinstrukturen unbekannt. Des Weiteren ist noch ungeklärt, welche der drei MyosinII Mitglieder für die mitochondriale Spaltung von Bedeutung sind. Ich werde sowohl entsprechende ´knock-out´ als auch Fluoreszenz-markierte 'knock-in' Zelllinien entwickeln, um die Lokalisation und die Rolle dieser Myosine im Prozess der mitochondrialen Teilung zu untersuchen. IV) Wie sind andere Aktin-binde Proteine an der mitochondrialen Dynamik beteiligt? Es wurde gezeigt, dass Cortactin, Cofilin und der Arp2/3 Komplex eine Funktion bei der Assemblierung von mitochondrialem Aktin haben und zur Teilung dieser Organellen beitragen. Ich bezwecke mittels entsprechender 'knock-out' Zelllinien die Relevanz und mittels Lebendzell-Mikroskopie die Lokalisation dieser Proteine im Kontext von INF2-vermittelter Aktin Polymerisation und mitochondrialer Teilung zu analysieren.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. Henry Higgs