Funktionelle Analyse mitochondrialer Ribosomen: Bildung und Funktion

• Antragsteller: Professor Dr. Johannes M. Herrmann
• Fachliche Zuordnung: Biochemie
• Förderung: Förderung seit 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 286483632

Mitochondriale Ribosomen (Mitoribosomen) synthetisieren eine kleine Zahl von Membranproteinen. Störungen der mitochondrialen Translationsmachinerie führen zu Defekten in der Atmung und können Ursache schwerer Erkrankungen sein. Die Struktur von Mitoribosomen unterscheidet sich deutlich von der anderer Ribosomen. Mitoribosomen bestehen aus 70 bis 80 Proteinen (73 in Bäckerhefe) und sind damit ähnlich komplex aufgebaut wie Ribosomen des eukaryotischen Zytosols. Viele Assemblierungsfaktoren und modifizierende Enzyme des Mitoribosoms wurden in den letzten Jahren identifiziert. Allerdings sind die molekularen Abläufe durch die Ribosomen in der mitochondrialen Matrix gebildet werden, weitgehend unbekannt. Dieses Projekt dient dazu, die fundamentalen Prozesse der Assemblierung mitochondrialer Ribosomen der Bäckerhefe zu untersuchen, wofür zwei Arbeitspakete bearbeitet werden sollen, für die jeweils eine Doktorandenstelle erbeten wird. Mit dem ersten Arbeitspaket soll untersucht werden, wie Proteine mitochondrialer Ribosomen in Mitochondrien importiert werden. Typischerweise werden Proteine der mitochondrialen Matrix durch aminoterminale Präsequenzen importiert. Sehr vielen mitoribosomalen Proteine fehlen allerdings solche Sequenzen. Wir konnten die Zielinformation in dem Modellprotein Mrp17 kürzlich identifizieren. Diese ist verblüffenderweise über die Länge der Mrp17-Sequenz verteilt und deutlich unterschiedlich zu der anderer bislang untersuchter Matrixproteine. In diesem Arbeitspaket wollen wir nun die biochemischen Schritte des Imports von Mrp17 aufklären. Erste Ergebnisse zeigen, dass Mrp17 wie andere Matrixproteine auf dem TOM-TIM23-Weg in die Matrix gelangt, allerdings scheint es dabei den Importmotor nicht zu nutzen. Der Import von Mrp17 erfolgt offensichtlich ATP-unabhängig, benötigt aber ein überraschend hohes Membranpotential der Mitochondrien. In diesem Projekt soll zum einen der molekulare Mechanismus des Translokationsvorgangs untersucht und beteiligte Faktoren identifiziert werden, zum anderen wollen wir die physiologischen Konsequenzen des ungewöhnlichen Importvorgangs mitoribosomaler Proteine verstehen. In dem zweiten Arbeitspaket soll der Vorgang der Assemblierung mitochondrialer Ribosomen genauer untersucht werden. Wir haben in Vorarbeiten eine Mutante entwickelt, in der Mitoribosomen durch Regulation der mitochondrialen RNA-Polymerase vorübergehend depletiert werden können. Sobald dann die Bildung der Ribosomen wieder induziert wird, kann die Assemblierung in einem synchronisierten System verfolgt werden, wofür wir Assemblierungsintermediate durch Complexome-Analyse sichtbar machen. Dies erlaubt es uns, den Assemblierungsprozess in einzelne Schritte zu teilen und beteiligte Faktoren zu identifizieren, wenn sie mit bestimmten Assemblierungsintermediaten assoziieren. Dieses Arbeitspaket verspricht grundlegende Einblicke in die biochemischen Reaktions-Schritte durch die mitochondriale Ribosomen assembliert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen