Auf dem Weg zur Aufklärung des Biogenesepfades der menschlichen mitochondrialen ATP-Synthase

• Antragstellerin: Dr. Dejana Mokranjac
• Fachliche Zuordnung: Biochemie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 568963472

ATP wird hauptsächlich von der ATP-Synthase produziert. In eukaryotischen Zellen ist diese evolutionär konservierte molekulare Maschine in der inneren Mitochondrienmembran vorhanden. Beim Menschen besteht sie aus 18 verschiedenen Proteinen, die zu einem 28-Untereinheiten-Komplex zusammengebaut werden. Su.c ist die zentrale Untereinheit des Komplexes, der den in der Membran eingebetteten Ring bildet, welcher aus 8 Protein-Kopien besteht (c8-Ring). Der Zusammenbauprozess der ATP-Synthase ist noch immer nicht ausreichend verstanden. Mutationen im TMEM70, die neonatale mitochondriale Enzephalokardiomyopathien verursachen, sind die häufigste Ursache für ATP-Synthase-Mängel nuklearen Ursprungs. Kürzlich haben wir entdeckt, dass TMEM70 eine entscheidende Rolle in der Biogenese des c8-Rings spielt. Es ist jedoch nicht bekannt, in welchem Schritt der Su.c-Biogenese TMEM70 involviert ist, von dem Import des Proteins aus dem Zytosol, über die Einfügung in die innere Membran und Oligomerisierung zu einem c8-Ring, bis hin zum Zusammenbau des Rings in die finale ATP-Synthase. Darüber hinaus deuten kürzlich gewonnene Daten darauf hin, dass zwei weitere Faktoren die Biogenese von Su.c beeinflussen könnten. Hier werden wir unsere Expertise kombinieren, um den Biogenesepfad der menschlichen ATP-Synthase zu beleuchten, mit einem speziellen Fokus auf Su.c und seine drei kürzlich identifizierten Biogenese-Faktoren. Wir werden uns auf vier Hauptziele konzentrieren: 1. Durch den Einsatz einer Reihe etablierter Tests, welche die zelluläre und mitochondriale Bioenergetik bewerten, werden wir die Auswirkungen von Patienten-abgeleiteten TMEM70-Mutationen auf zellulärer und mitochondrialer Ebene untersuchen. 2. Mittels Mikroskopietechniken werden wir die sub-mitochondriale Lokalisation der kürzlich identifizierten Biogenese-Faktoren von Su.c bestimmen, Veränderungen in ihrer Lokalisation unter verschiedenen Bedingungen untersuchen und ihre potenzielle Kolokalisation sowie überlappende Funktionen auf zellulärer Ebene erforschen. 3. Mit unserem kürzlich entwickelten Importtest von in vitro synthetisierten radiomarkierten Vorläuferproteinen von Su.c in isolierte humane Mitochondrien werden wir die Schritte und Kinetik des Su.c-Imports, der Membraninsertion, Oligomerisierung und des Zusammenbaus in die ATP-Synthase aufklären und die Rollen der kürzlich identifizierten Biogenese-Faktoren in diesem Prozess identifizieren. 4. Durch zellfreie Expression von Su.c und TMEM70 sowie deren Mutanten in Anwesenheit von Nanodiscs werden wir die Rollen individueller Domänen von TMEM70 in der c8-Ring-Biogenese aufklären und die supramolekularen Assemblierungen, die in Nanodiscs eingebaut werden, mittels Elektronenmikroskopie charakterisieren. Diese einzigartige Kombination von Ansätzen wird ermöglichen, den Biogenesepfad der ATP-Synthase zu entschlüsseln und möglicherweise Einblicke in damit verbundene pathogene Mechanismen zu bieten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Dr. Stephane Duvezin-Caubet; Dr. Marie-France Giraud