Adaptorenvermittelte Kontrolle der mitochondrialen Lon-Protease: Koordination der mtDNA-Kopienzahl mit der Translationskapazität

• Antragsteller: Professor Dr. Christof Osman
• Fachliche Zuordnung: Biochemie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 570854225

Mitochondriale DNA (mtDNA) codiert essenzielle Untereinheiten der oxidativen Phosphorylierung (OXPHOS) und ist daher entscheidend für die mitochondriale Energieproduktion. Eukaryotische Zellen enthalten mehrere Kopien der mtDNA; die Mechanismen, die die mtDNA-Kopienzahl (mtDNA CN) bestimmen und regulieren, sind jedoch bislang nur unzureichend verstanden. In Saccharomyces cerevisiae fanden wir, dass die Deletion des Gens MRX6 zu einer erhöhten mtDNA-Kopienzahl führt. Darüber hinaus interagiert das Mrx6-Protein mit der mitochondrialen Lon-Protease Pim1 sowie mit Mam33, einem Protein, das an der Assemblierung der Mitoribosomen beteiligt ist. Strukturvorhersagen und biochemische Reinigungen deuten darauf hin, dass Mrx6 und Mam33 einen Subkomplex bilden, der mit der Substraterkennungsdomäne der hexameren Pim1-Protease assoziiert. Wichtig ist, dass die Deletion von MRX6 oder MAM33 zur Stabilisierung der mitochondrialen RNA-Polymerase Rpo41 führt, was stark darauf hindeutet, dass Mrx6 und Mam33 die Pim1-vermittelte Degradation von Rpo41 fördern. Basierend auf diesen Ergebnissen verfolgen wir zwei Ziele. Unser erstes Ziel ist die Charakterisierung der Struktur und Funktion des Pim1-Mrx6-Mam33-Komplexes. Dazu werden wir Crosslinking-Massenspektrometrie und Kryo-Elektronenmikroskopie einsetzen, um die Architektur des Komplexes aufzuklären, sowie in vitro-Rekonstitutionsassays durchführen, um zu untersuchen, wie Mrx6 und Mam33 die Substratverarbeitung durch Pim1 beeinflussen. Unser zweites Ziel ist es, zu untersuchen, wie der Pim1-Mrx6-Mam33-Komplex in das umfassendere regulatorische Netzwerk zur Steuerung der mtDNA-Kopienzahl eingebettet ist. Da Mrx6, Mam33 und Pim1 alle mit der mitochondrialen Translation in Verbindung gebracht wurden, werden wir gezielt den Zusammenhang zwischen der Regulation der mtDNA-Kopienzahl und der Funktion der Mitoribosomen untersuchen. Wir werden die Rolle von Mrx6 in der mitochondrialen Translation untersuchen, prüfen, ob Defekte in der Translation oder Ribosomenbiogenese Veränderungen in der mtDNA-Kopienzahl auslösen, und analysieren, wie sich eine erhöhte mtDNA-Kopienzahl auf die mitochondriale Genexpression auswirkt. Konkret werden wir das Modell testen, dass die mtDNA-Kopienzahl durch den translatorischen Bedarf bestimmt wird. Durch die Fokussierung auf die Pim1-Mrx6-Mam33-Achse wird dieses Projekt entscheidende mechanistische Einblicke in die Regulation der mitochondrialen Lon-Protease liefern und die Wechselwirkungen zwischen mtDNA-Kopienzahl und mitochondrialer Translation aufklären. Diese Erkenntnisse werden zwei fundamentale und bislang wenig verstandene Aspekte der mitochondrialen Biologie adressieren: die Regulation der mtDNA-Kopienzahl und die Rolle von Adapterproteinen bei der Steuerung der Lon-Protease-Aktivität.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen