Charakterisierung der Untereinheit e der mitochondrialen F1FO-ATP Synthase aus Saccharomyces cerevisiae

Im Mittelpunkt der vorliegenden Arbeit steht die Funktion der
Untereinheit e (Sue) der mitochondrialen F1FO-ATP Synthase von
Saccharomyces cerevisi-ae. Anhand der Resultate der durchgeführten
Experimente wurden folgende Schlussfolgerungen gezogen: (1) Sue ist
der Lage, ein Sue-Homodimeres zu bilden. Das Protein spielt eine
zentrale Rolle bei der Assemblierung der F1FO-ATP Synthase zu einem
stabilen Dimer. Sue-Disruptanten bilden entsprechend kein stabiles
ATP Synthase-Dimeres aus. Die C-terminalen 36 Aminosäurereste von
Sue, die gegenüber Untereinheiten e aus Säugerzellen zusätzlich
vorhanden sind, sind für die Dimerisierung von Sue und der F1FO-ATP
Synthase ohne Bedeutung. (2) Zwischen den Untereinheiten e und k,
die beide im FO-Sektor der ATP Synthase lokalisiert sind, besteht
eine enge räumliche Beziehung. Für die In-teraktion von Sue mit Suk
ist der Bereich von Sue, der anderen Untereinheiten e aus
Säugerzellen ähnelt, ausreichend. (3) Im Hefegenom wurde ein der
Sequenz von Suk nahe verwandtes Le-seraster gefunden. Die
Sequenzähnlichkeit auf Aminosäureebene beträgt 45%. Ein
entsprechendes hypothetisches Protein wurde als Suk hom bezeichnet.
Eine Deletion dieser Sequenz allein oder gemeinsam mit dem Gen für
Suk blieb ohne Auswirkungen auf die oxidative Phosphorylierung, die
Assemblie-rung der F1FO-ATP Synthase und die Expression von
Untereinheiten des FO-Sektors der F1FO-ATP Synthase. (4) Die
Dimerisierung der F1FO-ATP Synthase und somit auch die Funkti-on
von Sue als Dimerisierungsfaktor erwies sich als essentiell für die
Funkti-on weiterer Komponenten der Atmungskette: der Cytochrom
c-Oxidase und des Cytochrom bc1-Komplexes. Die Assemblierung der
ATP Synthase wirkt sich auf die Aktivitäten der beiden Komponenten
des Cytochrom bc1-COX-Suprakomplexes aus. Sie beeinflusst auch
deren Assemblierung in den Supra-komplex beziehungsweise seine
Stabilität. Die Anwesenheit der Region von Sue, die anderen
Untereinheiten e aus Säugetierzellen ähnelt, reicht für die Bildung
des Cytochrom bc1-COX-Suprakomplexes aus. Das Dimer der ATPase
Synthase ist demzufolge in den Suprakomplex einge-bunden.
Allerdings hat der Assemblierungszustand des Cytochrom
bc1-COX-Suprakomplexes keinerlei Auswirkungen auf die Assemblierung
der ATP Synthase. Dies deutet auf einen hierarchisch ablaufenden
Prozeß der Bildung eines Suprakomplexes aus Cytochrom bc1-Komplex,
Cytochrom c-Oxidase und F1FO-ATP Synthase hin. Die ATP Synthase
nutzt zur Bildung von ATP den elektrochemischen Gra-dienten über
die innere Mitochondrienmembran, an dessen Aufbau der Cy-tochrom
bc1-Komplex und die Cytochrom c-Oxidase beteiligt sind. Eine
Ein-bindung dieser Enzyme in einen Suprakomplex würde eine
koordinierte Re-gulation der oxidativen Phosphorylierung
ermöglichen. (5) Zwischen der Untereinheit Sue der F1FO-ATP
Synthase und der Unter-einheit Cox2 der Cytochrom c-Oxidase konnte
eine enge räumliche Bezie-hung nachgewiesen werden. Diese ist von
der Funktionalität der F1FO-ATP Synthase abhängig. Anhand der
Ergebnisse der vorliegenden Arbeit konnte somit folgende Erklä-rung
für die Funktion der Untereinheit e der mitochondrialen F1FO-ATP
Synthase gefunden werden: Sue dient als Dimerisierungsfaktor der
F1FO-ATP Synthase. Die Dimerisie-rung von Sue und damit die
Dimerisierung der ATP Synthase ist essentiell für die
Stabilisierung des Cytochrom bc1-COX-Suprakomplexes und die
Funkti-on seiner Komponenten.