NSF-DFG: Untersuchung der Bindung von Ribosomen an Mitochondrien in ruhenden Hefezellen

• Antragsteller: Dr. Simone Mattei
• Fachliche Zuordnung: Strukturbiologie ; Biochemie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 560460101

Wir planen ein wissenschaftliches Programm, um die molekularen und zellulären Mechanismen zu verstehen, die die Ruhephase und das Überleben von Zellen unter verschiedenen Umweltbedingungen steuern. Der Ruhezustand ist ein universeller zellulärer Zustand in allen Lebensformen, bei dem Zellen ihre Teilung einstellen und Energie sowie Ressourcen sparen, bis die Umweltbedingungen günstiger sind. Vor kurzem entdeckten wir in ruhenden Spalthefezellen (Schizosaccharomyces pombe) einen neuen adaptiven Mechanismus, bei dem zytoplasmatische Ribosomen auf Mitochondrien überwintern. Diese Reaktion ist entscheidend für das Überleben der Zellen unter Stressbedingungen. nUnsere Entdeckung der stabilen Ribosomenbindung an Mitochondrien während der Hibernation stellt einen bedeutenden Fortschritt gegenüber bisher bekannten, vorübergehenden Interaktionen von Ribosomen beim mitochondrialen Proteinimport dar. Diese adaptive Reaktion, die zur Unterdrückung der Proteinsynthese führt, bildet die Grundlage für unsere Untersuchungen. Wir nutzen Nährstoffeinflüsse, um die ribosomalen Interaktionen mit Mitochondrien zu modulieren und zu verstehen, wie nährstoffinduzierte Stressreaktionen das Überleben fördern. nUnsere methodische Innovation liegt in der Integration fortschrittlicher zellulärer, molekularer und strukturbiologischer Techniken, um die Mechanismen zu entschlüsseln, die der zellulären Ruhe und dem Überleben zugrunde liegen. Durch die Kombination von In-situ-Kryo-Elektronentomographie (Kryo-ET), hochauflösender Kryo-Elektronenmikroskopie (Kryo-EM), Biochemie und Hefegenetik werden wir die molekulare Landschaft der zellulären Anpassungen untersuchen und technische Grenzen überwinden. Das Projekt wird eine integrative Plattform schaffen, die Zell- und Strukturbiologie, Hefegenetik und Biochemie kombiniert. Ziel ist es, den molekularen Mechanismus der Ribosomenüberwinterung auf Mitochondrien zu verstehen und herauszufinden, wie dies das Überleben während der Ruhephase unterstützt. Drei spezifische Ziele sollen in Zusammenarbeit zwischen dem Jomaa-Team an der Universität von Virginia (USA) und dem Mattei-Team am EMBL (Deutschland) in den nächsten drei Jahren untersucht werden: 1. Bestimmung des mitochondrialen Rezeptors, der die Ribosomenbindung bei Glukoseentzug vermittelt. 2. Untersuchung der Rolle von RACK1 bei der Regulation des Überlebens und der mitochondrialen Funktion unter nährstoffinduziertem Stress. 3. Aufdeckung der strukturellen Grundlagen für den Neustart der Proteinsynthese und die Freisetzung von Ribosomen aus den Mitochondrien nach der Nährstoffzufuhr.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Kooperationspartner: Professor Dr. Ahmad Jomaa