Funktionale Charakterisierung neuer Komponenten der mitochondrialen Morphogenese in Saccharomyces cerevisiae

Die Morphologie und die Dynamik von Mitochondrien spielen eine wichtige Rolle bei der Funktion und Vererbung dieser Organellen. Zum besseren Verständnis der beteiligten Prozesse müssen alle dazugehörigen Komponenten identifiziert und charakterisiert werden. Die Erforschung von zwei Proteinen, Mdm35 und Mdm36, die die mitochondriale Morphologie und Verteilung beeinflussen, und ihre mögliche Eingliederung in den Morphogenesapparat der Mitochondrien war Gegenstand dieser Arbeit. Der erste Teilabschnitt der Arbeit beschäftigte sich mit der Charakterisierung und Ermittlung der Funktion von Mdm36 in der Gestaltgebung von Mitochondrien. Die Dynamik der Mitochondrien wird maßgeblich von den beiden antagonistischen Prozessen Fusion und Teilung bestimmt. Dnm1, eine Dynamin-verwandte GTPase, stellt die Schlüsselkomponente der mitochondrialen Teilung in Hefe dar, die in Zusammenarbeit mit weiteren Komponenten agiert. Teilungsmutanten besitzen netzartige Mitochondrien, die aufgrund der gestörten Teilung bei fortlaufender Fusion entstehen. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass Deletionsmutanten von MDM36 stark verzweigte mitochondriale Netzwerke aufweisen, die denen der Teilungsmutanten sehr ähneln. Doppeldeletionsstudien mit den Fusionskomponenten Fzo1 und Mdm30 lassen annehmen, dass Mdm36 der Fusion entgegengesetzt wirkt. Außerdem ist in delta-mdm36-Mutanten die durch die Depolymerisation des Aktinzytoskeletts induzierte mitochondriale Teilung blockiert und die Anzahl an teilungsaktiven Dnm1-Komplexen reduziert. Das Zellkortex-assoziierte Protein Num1 interagiert mit mitochondrial assembliertem Dnm1 und fördert über die dadurch geschaffene Verankerung der Mitochondrien am Zellkortex die mitochondriale Teilung. Der mitochondriale Phänotyp der delta-mdm36-Mutanten und delta-num1-Mutanten ist fast identisch. Beide Mutanten besitzen netzähnliche, kompakte Mitochondrien, die wenig Nähe zur Zellperipherie aufweisen und hoch dynamisch sind. Durch die Abwesenheit von Mdm36 wird die Kolokalisation von Dnm1 und Num1 aufgehoben. Diese Ergebnisse liefern weitere Einblicke in die mitochondriale Teilungsmaschinerie und legen ein Modell nahe, in dem Mdm36 für die Bildung des Num1/Dnm1-Komplexes und folglich für die Verankerung der Mitochondrien am Zellkortex benötigt wird. Über diesen wird dann die notwendige Spannung entlang des Mitochondrientubulus für die Dnm1-abhängige Teilung erzeugt. Im zweiten Teilabschnitt der vorliegenden Arbeit wurde zunächst die mitochondriale Morphologie der Mutanten der kürzlich identifizierten Twin Cx9C-Protein-Familie analysiert. Anschließend wurde das dabei und durch eine vorhergehende systematische Durchmusterung einer Hefedeletionsstammsammlung auffällig gewordene Protein Mdm35 näher untersucht. Mdm35 ist ein mitochondriales Protein des Intermembranraums, dessen Deletionsmutante zum Großteil sphärische Mitochondrien besitzt und einen Wachstumsdefekt bedingt durch den Verlust von mitochondrialer DNA aufweist. Die Mitochondrien und das instabile mitochondriale Genom der delta-mdm35-Mutante zeigen Ähnlichkeiten zu Zellen auf, denen entweder die mitochondrialen Innenmembranproteine Mdm31 bzw. Mdm32 fehlen, oder die mitochondrialen Außenmembranproteine Mmm2, Mdm10, Mdm12 bzw. das integrale Membranprotein des Endoplasmatischen Retikulums Mmm1. Die gleichzeitige Deletion von MDM35 und MDM31 bzw. MDM32 ist synthetisch letal, was ein Hinweis darauf ist, dass die Proteine an demselben zellulären Prozess beteiligt sind. Für die Deletion von MDM31 und MDM32 konnte bereits eine synthetische Letalität mit MMM1, MMM2, MDM10 und MDM12 gezeigt werden. Mmm1, Mmm2, Mdm10 und Mdm12 bilden einen Komplex aus, der eine Bindung zwischen dem Endoplasmatischen Retikulum und den Mitochondrien herstellt und vermutlich für den Austausch von Calcium und Phospholipiden zuständig ist. Dieser Komplex befindet sich außerdem in Nachbarschaft aktiv replizierender mitochondrialer DNA. Die erhaltenen Ergebnisse deuten darauf hin, dass Mdm35 möglicherweise als Protein des Intermembranraums eine Funktion bei der Vermittlung zwischen dem Mmm1/Mmm2/Mdm10/Mdm12-Proteinkomplex und den Innenmembranproteinen Mdm31/Mdm32 besitzt und so ein koordiniertes mitochondriales Wachstum ermöglicht durch Kopplung der Replikation des mitochondrialen Genoms und der Aufrechterhaltung der mitochondrialen Membranen über den Lipidtransport.

Level thesis:degree_level

thesis.doctoral

Grantor dc:publisher

Universität Bayreuth

Year

2010

Author dc:creator

• Hammermeister, Miriam

Contributors dc:contributor

• Westermann, Prof. Dr. Benedikt

Repository record source_url

https://epub.uni-bayreuth.de/id/eprint/413/

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