Untersuchungen zur Funktion des Tim44/mtHsp70-Komplexes bei der Membraninsertion und Oligomerisierung mitochondrialer Proteine
Mitochondrien nehmen während ihres Wachstums in großem Umfang Kern-kodierte Proteine aus dem Zytosol auf. Der mitochondriale Proteinimport wird von mehreren Proteinkomplexen vermittelt, die in den mitochondrialen Membranen identifiziert wurden. In der Innenmembran kommt dabei dem porenbildenden Protein Tim23 eine zentrale Rolle zu. Es ist über das Adaptorprotein Tim44 mit dem Hitzeschockprotein mtHsp70 der mitochondrialen Matrix verbunden, das als ATP-abhängiger Motor des Proteinimports dient. Über die Mechanismen der Faltung, Membraninsertion und Oligomerisierung neu importierter Proteine ist bislang vergleichsweise wenig bekannt. In der vorliegenden Studie wurde untersucht, welche Funktion in diesem Zusammenhang dem Komplex aus Tim44 und mtHsp70 zukommt. (1.) Zu Beginn der Arbeit wurde ein modifiziertes System der blauen Nativgelelektrophorese (BN-PAGE) entwickelt, das eine vereinfachte Auftrennung mitochondrialer Proteinkomplexe ermöglichte. (2.) Mit Hilfe dieser Technik wurde anschließend die Dimerisierung neu importierter Zitratsynthase (Cit1p) in den Mitochondrien der Hefe Saccharomyces cerevisiae untersucht. Die Experimente zeigten, dass die Zitratsynthase auch nach spezifischer Inaktivierung des Tim44 (in den Mitochondrien einer temperatursensitiven Mutante) noch mit hoher Effizienz importiert werden konnte. Die Dimerisierung des Enzyms in der Matrix war nach Inaktivierung des Tim44 allerdings erheblich verzögert. Offenbar vermittelt Tim44 eine Wechselwirkung mit mtHsp70, die eine anschließende Freisetzung und Dimerisierung erleichtert. (3.) Das Rieske Eisen/Schwefel-Protein zeigte in Abwesenheit von Tim44 eine verzögerte Prozessierung zum reifen Protein. Durch Koimmunfällungen ließ sich bestätigen, dass eine unmittelbare Interaktion des Tim44/mtHsp70-Komplexes mit der reifen Form des Rieske Eisen/Schwefel-Proteins besteht (4.) Im letzten Teil der Studie wurde die Insertion des Proteins Oxa1 in die mitochondriale Innenmembran untersucht. Es zeigte sich überraschend, dass die Insertion des Oxa1 in die Membran vom Tim44/mtHsp70-Komplex unabhängig ist. Die Ergebnisse lassen vermuten, dass Oxa1 nach Insertion in die Tim23-Pore unmittelbar in die Innenmembran gelangt. Offenbar folgt die Membraninsertion des mitochondrialen Oxa1 den gleichen Prinzipien wie die Biogenese des bakteriellen Homologen YidC in Escherichia coli. Die Daten bestätigen somit das Konzept einer phylogenetischen Herkunft der Mitochondrien aus endosymbiontischen Bakterien.
Oxa1p, Cit1p, Tim44, mtHsp70, mitochondria, membrane, insertion, oligomerisation
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