Funktionelle Charakterisierung von mitochondrialen Superkomplexen

• Antragsteller: Etienne Meyer, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Biophysik der Pflanzen ; Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 428658830

Im Projekt „Kontrolle der Komplex-I-Proteostase in Pflanzen“ schlugen wir vor, uncharakterisierte mitochondriale Proteine, die in einem bioinformatischen Screening identifiziert wurden, als Kandidaten zu untersuchen, die an der Komplex-I-Proteostase beteiligt sind. Wir haben zwei Proteine charakterisiert, die für die Assemblierung des Membranarms von Komplex I wichtig sind. Wir haben auch die Rolle einer kleinen mitochondrialen Proteinfamilie bei der Regulierung der Assemblierung mehrerer Komplexe des Oxidativen Phosphorylierung (OXPHOS) Systems untersucht. Schließlich haben wir eine neue Isoform einer Untereinheit der mitochondrialen ATP-Synthase identifiziert. Interessanterweise zeigt die Analyse der Organisation der OXPHOS-Komplexe in Knock-out-Mutanten für einige dieser Proteine, dass keine OXPHOS-Superkomplexe gebildet werden können. Superkomplexe sind stöchiometrische höherer Ordnung Arrangements von zwei oder mehr OXPHOS-Komplexen. Trotz ihres allgegenwärtigen Vorkommens in allen untersuchten Organismen und der wachsenden Zahl von superkomplexen Strukturen, die in letzter Zeit erhalten wurden, ist ihre Funktion noch immer ungeklärt. Es wurde vorgeschlagen, dass Superkomplexe eine wichtige Rolle bei der strukturellen Organisation der Cristae spielen oder dass sie die Effizienz des Elektronentransfers zwischen OXPHOS-Komplexen verbessern oder dass sie entweder durch Stabilisierung der einzelnen Komplexe oder durch Verringerung der ROS-Produktion eine schützende Rolle spielen. Allerdings existieren in der Literatur Daten für und gegen all die verschiedenen Hypothesen, und die physiologische Funktion von OXPHOS-Superkomplexen bleibt ein Rätsel. Wir haben während des Projekts „Kontrolle der Komplex-I-Proteostase in Pflanzen“ mehrere Mutanten isoliert, denen OXPHOS-Superkomplexe fehlen, und daher ist es eine logische Folge dieses Projekts, diese einzigartige genetische Ressource zu verwenden, um die Funktion von OXPHOS-Superkomplexen zu untersuchen. Unter Standardwachstumsbedingungen zeigt keine der Superkomplex-Mutanten einen veränderten Wachstumsphänotyp, wir werden diese Mutanten mit stressigen Wachstumsbedingungen herausfordern, um die physiologische Bedeutung von Superkomplexen zu bewerten. Anschließend werden wir diese Mutanten sowohl hinsichtlich der mitochondrialen Struktur und Organisation als auch hinsichtlich der Bioenergetik weiter charakterisieren, um die Rolle(n) von OXPHOS-Superkomplexen in pflanzlichen Mitochondrien zu bestimmen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen