Molekulare Grundlagen der mitochondrialen Transkription in Trypanosoma brucei

• Antragsteller: Professor Dr. Hauke Hillen
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Strukturbiologie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 540361014

T. brucei ist ein einzelliger Parasit, der zur Gruppe der Excavata gehört und schwere Krankheiten bei Menschen und Nutztieren verursacht. Er beherbergt ein einziges Mitochondrium, welches ein mitochondriales Genom (kDNA) mit einzigartiger Topologie besitzt dessen Expression für den parasitären Lebenszyklus benötigt wird. Kürzlich wurden molekulare Einblicke in die mitochondriale Translation von T. brucei gewonnen, welche ein hochspezialisiertes Mitoribosom offenbarten und dessen evolutionär konservierte Elemente zeigten. Wie alle Eukaryoten kodiert T. brucei auch für eine spezialisierte mitochondriale RNA-Polymerase (Tb-mtRNAP), die höchstwahrscheinlich für die Transkription der kDNA verantwortlich ist. Bisher wurden jedoch keine molekularen und mechanistischen Einblicke in den mitochondrialen Transkriptionsapparat von T. brucei gewonnen, so dass dessen mitochondriale Genexpression schlecht charakterisiert bleibt. Die mitochondriale Transkription wurde am prominentesten in Hefen und menschlichen Zellen untersucht, die lediglich die Evolution einer einzigen eukaryotischen Supergruppe, den Opisthokonta, widerspiegeln. Um zu verstehen, wie das heutige mitochondriale Genexpressionssystem aus dem endosymbiotischen Ereignis entstanden ist, das vor mehr als zwei Milliarden Jahren stattgefunden hat, müssen wir Organismen aus weit entfernten, verwandten eukaryotischen Supergruppen untersuchen. Unsere Arbeitsgruppen haben in der Vergangenheit die Struktur und Funktion der kDNA-Segregationsmaschinerie (AG Ochsenreiter) und die strukturelle Grundlage der Transkription in menschlichen Mitochondrien (AG Hillen) untersucht. Hier schlagen wir ein gemeinsames Projekt vor, welches darauf abzielt, die molekulare Grundlage der Transkription in den Mitochondrien von T. brucei aufzuklären. Um dies zu erreichen, werden wir unsere Expertise in der in vivo Zellbiologie von T. brucei (AG Ochsenreiter) mit der Expertise in der strukturellen Charakterisierung von mitochondrialen Transkriptionskomplexen (AG Hillen) kombinieren, um ein detailliertes Verständnis dieses Prozesses von der zellbiologischen bis zur molekularen Ebene zu erlangen. Insbesondere werden wir (i) die Lokalisation und das Interaktom von Tb-mtRNAP definieren und potenzielle zusätzliche mitochondriale Transkriptionsfaktoren identifizieren; (ii) die Folgen des Verlusts von Tb-mtRNAP und zugehörigen Faktoren in vivo untersuchen; (iii) die mitochondriale Transkription von T. brucei in vitro aus gereinigten Komponenten rekonstituieren und funktionale Assays etablieren; und (iv) die Strukturen endogener und rekonstituierter Tb-mtRNAP-Komplexe durch Einzelpartikel-Kryo-Elektronenmikroskopie bestimmen. Zusammengenommen wird dieses gemeinsame Projekt das erste umfassende Bild der Transkription in Kinetoplasten-Mitochondrien liefern, was möglicherweise einen neuen Ansatzpunkt für die Medikamentenentwicklung darstellen könnte, so wie es kürzlich für das menschliche Mitochondrium gezeigt wurde.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Kooperationspartner: Dr. Torsten Ochsenreiter