TY  - THES
T1  - Untersuchungen zur Biogenese von Proteinen in der mitochondrialen Innenmembran
A1  - Randel,Olga
Y1  - 2010/11/29
N2  - Mitochondrien und Prokaryonten weisen vielerlei Ähnlichkeiten auf, vermutlich sind sie in der Evolution aus gemeinsamen Vorläufern hervor gegangen. So ist zu erwarten, dass sich ausgeprägte Ähnlichkeiten auch in der Biogenese ihrer Proteine nachweisen lassen. In der vorliegenden Studie wurde dieser Vermutung in Untersuchungen zur Biogenese bestimmter Proteinkomplexe der mitochondrialen Innenmembran nachgegangen. Als Modellorganismus diente dabei die Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae.
(1) Die γ-Untereinheit der ATP-Synthasen ist in Mitochondrien und Prokaryonten hoch konserviert. Aus älteren Untersuchungen ist bekannt, dass Deletionen am N- oder C-Terminus der γ-Untereinheit nur eine überraschend geringe Reduktion der enzymatischen Aktivität zur Folge haben. In der Experimenten der vorliegenden Studie wurde nun gefunden, dass N- und C-Terminus der γ-Untereinheit für eine effiziente Assemblierung in der ATP-Synthase in den Mitochondrien der Hefe essentiell sind. Bei einer Deletion von 9 Aminosäuren am N-Terminus oder 10 Aminosäuren am C-Terminus wurde die γ-Untereinheit effizient in die Mitochondrien importiert. Der Anteil der Untereinheit, der dann innerhalb von 10 Min. bei 25°C assembliert wurde, reduzierte sich aber um etwa die Hälfte. Deletionen von mehr als 9 N-terminalen oder mehr als 20 C-terminalen Aminosäuren reduzierten den Anteil der assemblierten Untereinheit um mehr als 90%. Hefe-Stämme, die eine verkürzte γ-Untereinheit synthetisierten, waren auf Glycerin als Kohlenstoffquelle nicht lebensfähig. Vermutlich sind N- und C-Terminus der Untereinheit in den ATP-Synthasen sowohl der Mitochondrien, als auch in der Prokaryonten für die Assemblierung von größerer Bedeutung als für die Energieübertragung.
(2) Die Metabolittranslokatoren der mitochondrialen Innenmembran sind vermutlich erst im Kontext der Evolution der eukaryontischen Zellen entstanden. Gemeinsam ist den Metabolittranslokatoren das Sequenzmotiv P x (D/E) x x (K/R), das als Carrier signature bezeichnet wird. Für ein Mitglied der Proteinfamilie, den Dicarboxylattranslokator, wurde nun gefunden, dass die Carrier signature die Biogenese des Proteins wesentlich erleichtert. Insbesondere wird der Transport des neu synthetisierten Proteins vom Cytosol in den Intermembranraum wesentlich beschleunigt.
(3) Das Protein Oxa1 gehört zu einer Proteinfamilie, zu der auch das Protein YidC der Prokaryonten zählt. Sowohl Oxa1, als auch YidC sind Mediatoren der Proteininsertion in ihren jeweiligen Membranen, und in dieser Funktion u.a. an ihrer eigenen Biogenese beteiligt. Eine Reihe verschiedener Experimente zur Biogenese des mitochondrialen Oxa1 hat nun ergeben, dass neu synthetisiertes Oxa1 nach Import in die Mitochondrien wahrscheinlich nicht vollständig in die mitochondriale Matrix transportiert wird. Vielmehr scheint es im TIM23-Komplex, der Proteintranslokase der Innenmembran, zu akkumulieren und dann unmittelbar in die Lipidphase der Membran zu inserieren. Damit zeigt das Oxa1 eine ähnliche Biogenese wie das bakterielle YidC, das zunächst von der SecYEG-Translokase aufgenommen und dann unmittelbar in die Plasmamembran eingelagert wird. Oxa1 und YidC scheinen somit nicht nur in ihrer Struktur, sondern auch in ihrer Biogenese und in ihrer Funktion signifikante Ähnlichkeiten zu haben.
Insgesamt zeigte sich in den Experimenten der vorliegenden Studie, dass sich mitochondriale und prokaryontische Proteine auch nach mehr als zwei Milliarden Jahren getrennter Evolution selbst in molekularen Details ihrer Funktion noch sehr ähnlich geblieben sind.
 

KW  - Proteine
KW  - ATP
KW  - Biogenese
CY  - Hohenheim
PB  - Kommunikations-, Informations- und Medienzentrum der Universität Hohenheim
AD  - Garbenstr. 15, 70593 Stuttgart
UR  - http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2010/508
ER  -