Detailseite
Projekt
Supramolekulare Organisation der ATP-Synthase und protonische Energiekopplung
Antragstellerin
Professorin Dr. Karin Busch
Fachliche Zuordnung
Zellbiologie
Biophysik
Biophysik
Förderung
Förderung seit 2019
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 401510699
Die mitochondriale ATP-Synthase ist ein für die mitochondriale und zelluläre Physiologie entscheidendes Enzym. Die aus dem oxidativen Stoffwechsel gewonnene Energie wird in einer protonenmotorischen Kraft (PMF) in der inneren Membran der Organelle gespeichert. Die ATP-Synthase (CV) macht sich die PMF zunutze um ATP zu erzeugen, trägt aber auch dazu bei, die PMF unter ungünstigen Bedingungen aufrechtzuerhalten. Die menschliche ATP-Synthase ist ein Komplex aus 29 Untereinheiten (einschließlich des regulatorischen Proteins IF1). Die Rotationsmaschine besteht aus einem Membranteil (F0) und einem membranexternen Teil (F1), die durch zentrale und periphere Stiele verbunden sind. Die mitochondriale F1FO-ATP-Synthase ist in Dimeren organisiert, die Reihen entlang der Ränder der Cristae bilden. Diese spezifische supramolekulare Struktur trägt neben den mit der Cristae-Verbindung verbundenen Proteinkomplexen OPA1 und dem MICOS-Komplex auch zur Bildung und Stabilisierung der spezifischen Cristae-Architektur bei. Es wurde über funktionelle und physikalische Wechselwirkungen zwischen ATP-Synthase und OPA1 bzw. MICOS-Verbindungen berichtet, was auf einen Crosstalk zwischen den Cristae-formenden Proteinen hindeutet. Die Dimerisierung der ATP-Synthase wird durch die Untereinheiten e und g gefördert, während die Untereinheit DAPIT/USMG5 wahrscheinlich an der Dimer-Dimer-Stabilisierung beteiligt ist. Ebenso fördert der inhibitorische Faktor IF1 neben seiner die ATP-Synthase-Aktivität regulierenden Funktion auch die Dimer-Dimer-Interaktion. Wir haben kürzlich gezeigt, dass auch die räumlich-zeitliche Organisation der ATP-Synthase in den Cristae-Membranen durch IF1 bestimmt wird. In der kommenden Förderperiode wollen wir den Zusammenhang zwischen der supramolekularen Organisation der ATP-Synthase und der Aktivität des Enzyms besser verstehen. Zu diesem Zweck werden wir die Oligomerisierung der ATP-Synthase durch Veränderung der Konzentrationen der DAPIT- und IF1-Untereinheiten manipulieren. Die Auswirkungen der verringerten CV-Oligomerisierung auf die Enzymaktivität werden in lebenden Zellen mit fluoreszierenden Biosensoren für pH, m und ATP gemessen. Wir stellen die Hypothese auf, dass die Störung der Oligomerstruktur zu einer Instabilität des Enzyms und einer Verschiebung hin zur ATP-Hydrolyse führt. Dies könnte durch eine Hochregulierung von IF1 ausgeglichen werden. In Zusammenarbeit mit P02 werden wir die Wechselwirkung von DAPIT/ATP-Synthase mit dem MICOS-Komplex, insbesondere der Mic10-Untereinheit, untersuchen. Unsere Zelllinien werden für weitere Studien innerhalb des Konsortiums (P05, P06, P07) zur Verfügung gestellt, um den Crosstalk zwischen supramolekularer ATP-Organisation und MICOS weiter zu untersuchen.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
