Aufklärung der regulatorischen Kaskade, die die mitochondriale Spaltung in der Mitose steuert, und ihrer Auswirkungen auf den mitotischen Verlauf und die Chromosomensegregation

• Antragstellerin: Dr. Valentina Piano, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie ; Biochemie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 512633796

Mitochondrien sind die Energiefabriken des eukaryotischen Lebens. Es ist von größter Bedeutung, dass bei der Zellteilung funktionsfähigen Mitochondrien an die Nachkommen weitergegeben werden. Eine unsachgemäße Reorganisation und Teilung der Mitochondrien während der Mitose gefährdet die Chromosomenvererbung und erhöht das Risiko von Gewebedegeneration und Krebs. Die molekularen Mechanismen, die die Aufteilung der Mitochondrien regulieren, sind jedoch noch wenig bekannt. Das Hauptziel dieses Antrags ist die Aufklärung der Signalkaskade, die zur rechtzeitigen Spaltung der Mitochondrien und ihrer Umverteilung auf die beiden entstehenden Tochterzellen führt, und wie Defekte in diesen Mechanismen den mitotischen Verlauf und die Chromosomentrennung beeinträchtigen können. Wir werden dieses Ziel erreichen, indem wir mein Wissen über die mitotische Zellsignalgebung mit meiner einzigartigen Erfahrung in der In-vitro-Rekonstitution verbinden. Wir konzentrieren uns auf drei Hauptziele: 1) Bestimmung, wie der wichtige Spaltfaktor Dynamin-related Protein 1 (DRP1) in Mitochondrien in der Mitose rekrutiert wird; 2) Erweiterung des Interaktoms der mitotischen Regulatoren von DRP1; 3) Beschreibung der Phänotypen, die sich aus der Störung der mitochondrialen Spaltung in der Mitose ergeben, indem wir neu identifizierte Mutationen einführen, die die mitotische Regulierung von DRP1 präzise stören. Wir werden zunächst die regulatorische Kaskade rekonstruieren, die den Zusammenbau von DRP1 an den Spaltstellen induziert. Wir werden die Protein-Protein-Wechselwirkungen und die post-translationalen Modifikationen untersuchen, die für die DRP1-Aktivität in der Mitose notwendig sind, indem wir eine Kombination aus Binding-assays und massenspektrometrischen Vernetzungsanalysen verwenden, und wir werden die resultierenden Proteinkomplexe strukturell charakterisieren. Anschließend werden wir neue mitotische Regulatoren der Zellspaltung aufdecken, indem wir chemisch modifizierte/entwickelte rekombinante Proteine mittels Protein-Elektroporation in lebende Zellen einbringen und ihre spezifischen Interaktoren in Mitochondrien analysieren. Schließlich werden wir unsere Beobachtungen in vitro mit zellulären Assays verbinden, um: i) die erste gründliche Analyse der mitotischen Phänotypen zu liefern, die aus einer mitosespezifischen Störung der DRP1-Funktion resultieren; ii) mögliche Mechanismen zu bestimmen, die Mitochondrien und Chromosomentrennung miteinander verbinden, und iii) festzustellen, ob die mitochondriale Dynamik auch durch den mitotischen Kontrollpunkt während der Zellteilung überwacht wird. Diese Projekt soll unser Wissen über die Mechanismen, die die Fragmentierung und Neuanordnung von Mitochondrien im Cytosol Ein molekulares Verständnis dieser Prozesse wird das Zusammenspiel zwischen den Organellen und den Chromosomentrennungsmechanismen aufdecken und Aufschluss darüber geben, wie sich teilende Zellen sicherstellen, dass beide ihre Funktionen fehlerfrei erfüllen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen