Regulation der Vererbung von Mitochondrien durch Myosin XIX (Myo19)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Mitochondrien, die Kraftwerke der Zellen, werden umschlossen von einer äußeren und einer inneren, stark gefalteten Membran. In dieser inneren Membran sind die Proteinkomplexe der Atmungskette eingebettet, die den energiereichen Kraftstoff ATP produzieren. Über ihre äußere Membran kontaktieren sie Membranen anderer Organellen. Mit dem Endoplasmatischen Retikulum tauschen sie über solche Membrankontaktstellen Lipide und Ca2+-Ionen aus. In ihrem Innenraum besitzen die Mitochondrien ein eigenes Genom. Die Mitochondrien können miteinander verschmelzen und größere verzweigte Netzwerke bilden oder Bereiche abschnüren und sich teilen. Zu Beginn der Kernteilung (Mitose) teilen sich die Mitochondrien stark. Die vielen einzelnen Mitochondrien sind während der Mitose gleichmäßig in der Zelle verteilt und werden bei der anschließenden Zellteilung auch gleichmäßig zwischen den Tochterzellen aufgeteilt. Das Motormolekül Myosin 19 (Myo19) erzeugt gerichtete Kraft entlang von Aktinfilamenten. Es ist an der äußeren Mitochondrienmembran über zwei Isoformen des Rezeptorproteins (Miro1/2) verankert. Deshalb kann es seine mechanische Kraft auf Mitochondrien übertragen. Wir untersuchten seine Aufgaben bei der Verteilung der Mitochondrien, indem wir das Gen in kultivierten Zellen und in Mäusen ausschalteten. Veränderungen der Mitochondrien, Zellen und Mäuse wurden dann untersucht und die dafür verantwortlichen Mechanismen analysiert. Das Fehlen von Myo19 führt zu einer veränderten Morphologie der inneren Mitochondrien Membran. Myo19 überträgt mechanische Kraft von der äußeren auf die innere Mitochondrien Membran über einen Proteinkomplex, der die äußere mit der inneren Mitochondrienmembran verbindet und gleichzeitig die Faltung der inneren Membran reguliert. Außerdem führte das Fehlen von Myo19 zu einer erhöhten Produktion von reaktiven Sauerstoffradikalen (ROS) und dies wiederum zu einer Beeinträchtigung der Fokalkontakte und der Zelladhäsion. Der Sauerstoffverbrauch der Mitochondrien war ebenfalls beeinträchtigt. Des weiteren führt das Fehlen von Myo19 zu einer Reduktion der Membrankontakte der Mitochondrien mit dem endoplasmatischen Retikulum, und damit einher geht eine veränderte Lipidzusammensetzung der Mitochondrien, die mit ursächlich für die veränderte Morphologie und Funktion der inneren Membran sein könnte. Während der Mitose teilen sich die Mitochondrien in Myo19-defizienten Zellen nicht in kleinere Organellen, da die Mitochondrien unvermindert miteinander fusionieren. Sie akkumulieren asymmetrisch an den Spindelpolen und verteilen sich ungleichmäßig auf die Tochterzellen. Die Zellteilung ist stochastisch blockiert. Überraschenderweise zeigen aber Mäuse, die kein Myo19 exprimieren, trotz den Veränderungen in den Mitochondrien und Zellen, keine offensichtlichen Phänotypen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
-
Coordination of mitochondrial and cellular dynamics by the actin-based motor Myo19. Journal of Cell Science, 134(10).
Majstrowicz, Katarzyna; Honnert, Ulrike; Nikolaus, Petra; Schwarz, Vera; Oeding, Stefanie J.; Hemkemeyer, Sandra A. & Bähler, Martin
-
Myosin-19 and Miro Regulate Mitochondria–Endoplasmic Reticulum Contacts and Mitochondria Inner Membrane Architecture. Cells, 14(21), 1657.
Attia, Aya; Majstrowicz, Katarzyna; Shembekar, Samruddhi; Honnert, Ulrike; Nikolaus, Petra; Lohmann, Birgit & Bähler, Martin
