Identifizierung und Charakterisierung von Proteinen, die Fusion und Teilung von Mitochondrien vermitteln

Die Kontinuität des mitochondrialen Kompartiments wird durch
fortlaufende Membranfusions- und Teilungsereignisse
aufrechterhalten. Das Verständnis der Prozesse, die wichtig für die
Funktion und die Vererbung der Mitochondrien sind, erfordert die
Identifizierung und Charakterisierung der daran beteiligten
molekularen Komponenten. Im Rahmen der hier vorgelegten Arbeit
wurde eine neue Komponente, MDM33, identifiziert und
charakterisiert. Dabei handelt es sich um ein Gen, welches für ein
Protein der mitochondrialen Innenmembran kodiert, und dessen
Deletionsmutante einen völlig neuartigen Phänotyp aufweist. Zellen,
denen das Mdm33-Protein fehlt, enthalten ringähnliche, miteinander
verbundene Mitochondrien, welche große Hohlkugeln ausbilden können.
Diese Organellen weisen extrem auseinander gezogene Abschnitte der
Außen- und Innenmembran auf, die einen sehr schmalen Matrixspalt
umschließen. Die Überexpression von Mdm33 führt zur Einstellung des
Wachstums, die Mitochondrien aggregieren, und es entwickelt sich
eine stark veränderte Innenmembranstruktur. Es bilden sich
verstärkt Septen aus, die den Matrixraum mehrfach unterteilen, oder
die Innenmembran verliert die Cristae und fragmentiert. Genetische
Hinweise zeigen, dass das Mdm33-Protein vor den Komponenten der
Teilungsmaschine der Außenmembran agiert, und dass die
mitochondriale Fusion eine Voraussetzung für die Ausbildung der
ausgedehnten ringähnlichen Mitochondrien in mdm33-Zellen ist.
Mdm33 assembliert zu einem oligomeren Komplex in der Innenmembran
und bildet homotypische Protein-Protein-Interaktionen aus. Diese
Ergebnisse deuten darauf hin, dass Mdm33 bei der Teilung der
mitochondrialen Innenmembran involviert ist. Das Fzo1-Protein ist
eine zentrale Komponente der mitochondrialen Fusionsmaschinerie in
der Außenmembran. Fzo1 assembliert sowohl in S. cerevisiae als auch
in N. crassa in einen großen Proteinkomplex. Es sollte untersucht
werden, welche Proteine Bestandteile dieses Komplexes sind. Daher
wurde ein N. crassa-Stamm erzeugt, der stabil Fzo1 mit einem
Hexahistidinanhang exprimiert, um den Fzo1-Komplex in größeren
Mengen reinigen und mögliche Interaktionspartner identifizieren zu
können. Dieser gereinigte Fzo1-Komplex ermöglicht nun auch
mechanistische Studien zur Funktionsweise der Fusionsmaschine.