Strukturelle und mechanistische Untersuchungen zu den Maschinerien, die die innere mitochondriale Membran verformen

• Antragsteller: Professor Dr. Oliver Daumke
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie ; Biochemie ; Strukturbiologie
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 401510699

Die komplexe Architektur von Mitochondrien wird durch hochentwickelte Maschinerien bestimmt, die die innere mitochondriale Membran verformen. Zwei prominente Beispiele für solche Maschinerien sind die Dynamin-verwandte Mgm1/OPA1 GTPase und der MICOS (mitochondrial contact site and organizing system) Komplex. In vorhergehenden Arbeiten haben wir die Struktur eines Mgm1-Homologen aus einem Pilz bestimmt, die Anordnung von Mgm1 in ein helikales Filament strukturell aufgeklärt und ein Model vorgeschlagen, wie die helikalen Mgm1-Filamente mitochondriale Cristae von innen zusammenziehen. In der letzten Antragsperiode haben wir Strukturen von verschiedenen Teilen der MICOS-Untereinheit Mic60 bestimmt, die Komplexbildung mit Mic19 strukturell charakterisiert und einen Mechanismus vorgeschlagen, wie der Mic60-Mic19 Subkomplex die Architektur der mitochondrialen Cristaverbindungen kontrolliert. Unsere Experimente deuten darauf hin, dass Mic60 in einer auto-inhibierten dimeren Form vorkommt, die durch Mic19-Bindung in einen aktiven, tetrameren Zustand überführt wird. In Ziel 1 dieses Antrags werden wir unsere bisherigen strukturellen Daten zum MICOS-Komplex nutzen und mit Hilfe einer Kombination biochemischer und Wasserstoff-Deuterium-Austausch Experimente den Übergang von Mic60 von der dimeren, auto-inhibierten in die aktive, Mic19-gebundene Form charakterisieren. Wir werden auch den Einfluss post-translationaler Modifikationen auf die Aktivierung von Mic60 untersuchen. In Ziel 2 werden wir mit Hilfe dieser Daten die Struktur der auto-inhibierten Mic60-Form bestimmen. Wir werden außerdem Einzelpartikel-Kryo-Elektronenmikroskopie Analysen nutzen, um die Struktur des Mic60-Mic19-Tetramers zu charakterisieren. Ein Vergleich der auto-inhibierten dimeren mit der tetrameren Struktur wird die molekulare Grundlage der Mic60-Aktivierung aufdecken. In Ziel 3 und in Zusammenarbeit mit verschiedenen Gruppen in diesem Konsortium werden wir die biochemischen und strukturellen Befunde in ein zelluläres Verständnis der Mic60-Funktion übersetzen. Dazu werden wir den Einfluss strukturbasierter Mutationen in Mic60 und Mic19 auf die Struktur der Cristaverbindungen in Hefe- und menschlichen Zellen untersuchen. Die vorgeschlagenen Experimente werden neue Einsichten in die Dynamik und die Mechanismen der Bildung und des Umbaus von Cristaverbindungen hervorbringen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2848: Architektur und Heterogenität der inneren mitochondrialen Membran auf der Nanoskala