Import und Faltung der Proteine des mitochondrialen Intermembranraums

• Applicant: Professor Dr. Johannes M. Herrmann
• Subject Area: Cell Biology
• Term: from 1999 to 2008
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5210110

• Final Report Year: 2008

Final Report Abstract

Proteine des Intermembranraums der Mitochondrien erfüllen wichtige Aufgaben bei der zellulären Atmung, beim Transport von Metallionen, Proteinen und Metaboliten sowie in der Apoptose. Trotz ihrer großen Bedeutung für die Funktionsfähigkeit der Zelle, war zu Beginn der Förderungsperiode kaum verstanden, welche Sortierungssignale Proteine in den Intermembranraum leiten, wie diese Proteine nach ihrer Synthese im Zytosol in den Intermembranraum transportiert werden und wie sie dort ihre dreidimensionale Stmktur erhalten. Im dem nun abgeschlossenen Projekt konnten grundlegende Einblicke in diese Prozesse gewonnen werden. Dabei zeigte sich, dass viele Intermembranraumproteine konservierte Muster von Cysteinresten enthalten, die für die Aufnahme in die Mitochondrien entscheidend sind. Zwei mitochondriale Proteine sind für den Import von Proteinen in den Intermembranraum essentiell: Mia40 ist ein Rezeptorprotein, das intramolekulare Disulfidbrücken besitzt. Es bindet neu synthetisierte Proteine im Intermembranraum und setzt sie anschließend stabil gefaltet in oxidierter Form frei. Die Faltung verhindert den Rücktransport der Proteine ins Zytosol und hält sie somit dauerhaft im Intermembranraum. Mia40 wird bei der Importreaktion reduziert und muss durch die zweite essentielle Komponente, Ervl, wieder oxidiert werden. Ervl ist eine FAD-haltige Sulfhydryl-Oxidase, die Elektronen von Mia40 aufnimmt und sie über Cytochrome c an die Atmungskette weitergibt. Somit unterscheidet sich der Proteinimport in den Intermembranraum grundlegend von dem in die mitochondriale Matrix. Der Transportvorgang in den Intermembranraum wird von der oxidativen Proteinfaltung angetrieben. Mit der oxidativen Faltung wird ein Prinzip für den Proteintransport verwendet, welches sich auch im Periplasma von Bakterien findet, dem Kompartiment, aus dem der Intermembranraum im Zuge der Evolution der Mitochondrien entstanden ist.

Publications

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