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Projekt
Redoxkontrolle der Active/Deactive Regulation des mitochondrialen Komplex I
Antragsteller
Professor Dr. Ulrich Brandt
Fachliche Zuordnung
Biochemie
Förderung
Förderung von 2014 bis 2018
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 251961289
Der mitochondriale Komplex I ist das größte und komplizierteste Enzym der Atmungskette. Er ist bei zahlreichen neurodegenerativen Erkrankungen von großer Bedeutung und ein wichtiger Produzent von Sauerstoffradikalen. Komplex I durchläuft eine reversible, sogenannte Active/Deactive (A/D) transition. Es wurde gezeigt, dass die Nitrosylierung eines speziellen Cysteins, das nur in der deactive Form zugänglich ist, die Reaktivierung des Komplex I zur active Form verhindert und so unter bestimmten pathologischen Bedingungen zur Blockierung der Atmungskette führen kann. Wir konnten diese Redoxregulation des Komplex I einem kon¬ser-vierten Cystein in der mitochondrial kodierten ND3 Untereinheit zuordnen. Ein Ziel des beantragten Projektes ist es, den molekularen Mechanismus der A/D transition aufzuklären und zu erforschen wir er durch die Modifikation des Cystein-Schalters in der ND3 Untereinheit kontrolliert wird. Ausgehend von der kürzlich von uns gelösten Kristallstruktur des mitochondrialen Komplex I, die auf deutliche Konformationsänderungen beim Übergang zwischen active und deactive Form hinweist, werden wir mit Hilfe von Molekulardynamik-Simulationen Modelle der beiden Zustände des Komplex I entwickeln. Ausgehend davon werden wir mittel Mutagenese die Domänen und Aminosäurereste identifizieren, die entscheidend an der A/D transition beteiligt sind und so die dabei erfolgenden Strukturänderungen auf atomare Ebene aufklären. Im zweiten Teil des Projektes werden wir untersuchen, wie die A/D transition und der zugehörige Cystein-Schalter in Abhängigkeit vom Funktionszustand der Mitochondrien kontrolliert wird. Zu diesem Zweck werden wir eine Strategie zur quantitativen Redoxproteomanalyse entwickeln, die es erlaubt, den Status der A/D transition und des Cystein-Schalters in Mitochondrien und ganzen Zellen zu bestimmen. So werden wir wertvolle Informationen erhalten, um die Bedeutung der A/D transition und des Cystein-Schalters unter physiologischen Bedingungen zu verstehen. Im dritten Teil des Projektes werden wir die Rolle der A/D transition und des Cystein-Schalters bei mitochondrialen Erkrankungen untersuchen. Dabei können wir die große Sammlung von Patientenzelllinien des Nijmegen Centre for Mitochondrial Disorders nutzen. Unsere Studien mit Patientenfibroblasten werden uns zeigen, inwieweit die A/D transition an der Pathophysiologie der Komplex I Defizienz beteiligt ist. Sie könnten uns auch dabei helfen, die sehr großen Unterschiede in der Ausprägung des Krankheitsverlaufs zu verstehen, die typisch für mitochondriale Defekte sind. Ebenso werden wir wertvolle Rückschlüsse auf die physiologische Bedeutung der A/D transition im gesunden Zustand ziehen können. Schließlich werden wir mit Hilfe unseres kürzlich entwickelten Complexome Profiling Ansatzes nach Faktoren suchen, welche die A/D transition modulieren könnten, um so auf bisher unentdeckte Mechanismen der mitochondrialen Redoxregulation zu stoßen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
Internationaler Bezug
Niederlande
