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Projekt
Nukleäre Qualitätskontrolle von nicht-importierten mitochondrialen Vorstufenproteinen
Antragsteller
Dr. Fabian den Brave; Privatdozent Dr. Axel Mogk
Fachliche Zuordnung
Biochemie
Förderung
Förderung seit 2024
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 541596792
Eine Beeinträchtigung oder Überlastung des mitochondrialen Imports führt zur Anhäufung mitochondrialer Vorstufenproteine (mitoPREs), die zur Fehlfaltung und Aggregation neigen. mitoPREs können zur Proteinqualitätskontrolle (PQC) gezielt in den Zellkern transportiert werden, wobei die verschiedenen Strategien der Zellkernproteostase und ihre physiologische Bedeutung kaum verstanden sind. Um die Rolle des Zellkerns als wichtiges PQC-Zentrum für mitoPREs definieren, werden wir Saccharomyces cerevisiae als Modellsystem verwenden. Der Fokus liegt hierbei auf dem nukleären J-Domänen-Protein (JDP) Apj1, das als Hsp70-Cochaperon fungiert. Wir zeigen, dass (i) Apj1 an mitoPREs bindet und (ii) apj1∆ Zellen spezifische Wachstumsdefekte unter respiratorischen Bedingungen und bei Blockierung des mitochondrialen Proteinimports aufweisen. Dies unterstreicht die Bedeutung von Apj1 für die Funktionalität von Mitochondrien. Zudem zeigen wir starke negative genetische Interaktionen von Apj1 mit Ydj1, dem wichtigsten zytosolischen JDP, auf respiratorischem, jedoch nicht auf fermentativem Wachstumsmedium. apj1∆ ydj1∆ Doppelmutanten wachsen kaum unter respiratorischen Bedingungen und zeigen reduzierte Mengen an Untereinheiten der Atmungskette, was auf allgemeine Defekte in der mitochondrialen Biogenese und überlappende Funktionen beider JDPs hindeutet. Schließlich zeigen wir, dass Apj1 ein negativer Regulator der Hitzeschockreaktion ist, indem es spezifisch die Aktivität von Hsf1 reprimiert. Dies bietet die Möglichkeit, die Chaperon-Genexpression über Apj1 direkt an die Akkumulation von mitoPREs im Zellkern zu koppeln. Insgesamt deuten unsere Ergebnisse auf eine zentrale Rolle des nukleären Apj1 bei der Erkennung und Verarbeitung von mitoPREs hin. Wir beabsichtigen: (1) die Rolle des Zellkerns als PQC-Zentrum für mitoPREs zu untersuchen, indem wir die nukleäre Importmaschinerie durch ein genetisches Screening identifizieren und die Folgen für mitoPREs und die zytosolische PQC bei Ausschaltung des nukleären Imports bestimmen. (2) den vollständigen mitochondrialen Substratpool von Apj1 zu bestimmen und unter Verwendung der identifizierten Substrate die Rolle von Apj1 bei der Handhabung von mitoPREs zu analysieren. Darüber hinaus werden wir das funktionelle Zusammenspiel von Apj1 mit anderen nukleären PQC-Aktivitäten wie der Proteinsequestrierung und dem proteasomalen Abbau sowie die funktionelle Überschneidung von Apj1 und Ydj1 bei der Aufrechterhaltung der mitochondrialen Integrität untersuchen. (3) den Funktionsmechanismus von Apj1 durch Struktur-Funktions-Analyse und Rekonstitution der Apj1-Aktivität in vitro zu bestimmen. Hier werden wir zusätzlich die Fähigkeit von Apj1 untersuchen, SUMO zu binden, was auf eine spezifische Art der Erkennung und Prozessierung von Substraten hindeutet. (4) die potenzielle Rolle von Apj1 als Sensor der nukleären Akkumulation von MitoPREs und der damit verbundenen Regulation der Hsf1-abhängigen Stressreaktion zu untersuchen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
