Entschlüsselung neuer molekularer Akteure, die die Dynamik der Cristae-Membran regulieren, mithilfe von Live-Cell STED-Superauflösungs-Nanoskopie

• Antragsteller: Dr. Arun Kumar Kondadi
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 576272724

Mitochondrien sind lebenswichtige, von einer doppelten Membran umschlossene Organellen, die vielfältige Funktionen erfüllen, darunter ATP-Konversion, Entzündungen, Stoffwechsel, Kalziumpufferung und programmierter Zelltod. Verschiedene Krankheiten wie Neurodegeneration, Diabetes, Kardiomyopathien und Krebs stehen im Zusammenhang mit gestörtem Umbau der inneren Mitochondrienmembran (IM). Daher wird das Entschlüsseln der grundlegenden molekularen Mechanismen, die den Umbau der IM regulieren, unser Verständnis über den Fortschritt verschiedener Pathologien erweitern. Erst vor fünf Jahren zeigten wir und Andere mit Hilfe der Live-Cell Stimmulierten-Emissions-Depletierung (STED) Superauflösungs (SR) Nanoskopie dass die Cristae-Membranen (CMs) einer dynamischen Umstrukturierung innerhalb einzelner Mitochondrien unterliegen. Darüber hinaus zeigte sich, dass die dynamische Umstrukturierung der CMs von den MICOS-Komplexproteinen an den Cristae-Junktions (CJs) abhängt. CJs sind porenartige Strukturen von etwa 25 nm Durchmesser, die die innere Mitochondrienmembran in eine glatte innere Membran (IBM) und die CM abgrenzen, die als Einstülpungen in die mitochondriale Matrix vorliegt. Aufgrund der jüngsten Entdeckung der Dynamik der CM sind die molekularen Akteure, die diese Dynamik regulieren, noch wenig verstanden. Ich schlage vor, ein Multi-Array-Screening durchzuführen, um neue Moleküle zu identifizieren, die die Morphologie und Dynamik der Cristae-Membran regulieren. Basierend auf zuverlässigen bioinformatischen Kriterien haben wir ein Screening basierend auf dem MICOS-Interaktom durchgeführt und eine Reihe von 110 Proteinen identifiziert, die den Umbau der CM regulieren könnten. Zudem haben wir bereits Methoden, um humane Knockout-Zelllinein in großem Maßstab zu generieren, etabliert. Damit sind wir in der Lage, eine umfassende Studie auf Grundlage der Fluoreszenz-STED-SR-Nanoskopie durchzuführen. Nach der Generierung von Knockout-Zelllinien wird der Screening-Prozess eine Untersuchung von abweichender Cristae-Morphologie und CM-Dynamik umfassen. Wir beabsichtigen, automatisierte Bildanalyseverfahren zu verwenden, um die CM-Dynamik zu quantifizieren. Darüber hinaus wird eine biologische Charakterisierung ausgewählter aus dem Multi-Array-Screen erhaltenen Treffer durchgeführt, um neue molekulare Einblicke in die Regulation der Umformung der CMs zu erhalten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen