Asymmetrische Vererbung von Mitochondrien in Hefe

• Antragsteller: Professor Dr. Benedikt Westermann
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 433461293

Mitochondrien sind essentielle Organellen eukaryontischer Zellen. Sie besitzen ein eigenes Genom, welches eine Handvoll mitochondrialer Proteine codiert, und können nicht de novo gebildet werden. Die Vererbung der Mitochondrien bei der Zellteilung erfordert ein Zusammenspiel von Membranteilungs- und -fusionsprozessen mit dem zytoskelettabhängigen Transport der Organellen. In einigen Zelltypen werden die Mitochondrien dabei asymmetrisch verteilt, d.h. die Tochterzellen erhalten Organellen mit unterschiedlichen Eigenschaften. Dies dient beispielsweise dazu, gesunde und fitte Mitochondrien an diejenige Tochterzelle weiterzugeben, die noch eine größere Anzahl von Teilungszyklen vor sich hat. So haben auch Hefezellen die Fähigkeit, alte und geschädigte Mitochondrien in der Mutterzelle zurückzubehalten, während vorwiegend frische und metabolisch aktive Mitochondrien in die Knospe transportiert werden. Die molekularen Mechanismen der asymmetrischen Verteilung von Mitochondrien und der Selektion der gesunden Organellen sind weitgehend unbekannt und werden mit der Hefe Saccharomyces cerevisiae als Modellsystem untersucht. In unseren bisherigen Arbeiten haben wie ein Testsystem entwickelt, mit dem wir die Vererbung und Dynamik einzelner oxidativ geschädigter Mitochondrien in vivo beobachten können. Wir konnten zeigen, dass das Adapterprotein Mmr1 als molekularer Schalter wirkt, der die Bindung des Myosin-Motorproteins Myo2 an die Mitochondrien reguliert. Durch Freisetzung von Myo2/Mmr1 werden geschädigte Mitochondrien vom aktinabhängigen Transportsystem entkoppelt und dadurch in der Mutterzelle immobilisiert. Mit Alo1 haben wir ein weiteres mitochondriales Außenmembranprotein identifiziert, das insbesondere bei oxidativem Stress für die Vererbung der Mitochondrien wichtig ist. Nun möchten wir die Signale und Mechanismen genauer entschlüsseln, die die oxidativen Schäden der Mitochondrien erkennen und zur Immobilisierung der betroffenen Organellen führen. Anschließend soll ihre Bedeutung für den Alterungsprozess der Zelle untersucht werden. Weitere Schwerpunkte der geplanten Arbeiten sind die Bedeutung von Schäden in der mitochondrialen DNA sowie die Rolle von Zellcortex-Ankern und dem rückwärtsgerichteten Transport der Mitochondrien. Diese Arbeiten lassen ein detailliertes Verständnis der Prozesse erwarten, die die asymmetrische Vererbung von Mitochondrien und damit das Altern der Zelle bestimmen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen