Die mitochondriale Innenmembran als Ziel bakterieller und viraler Virulenzfaktoren
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Gegenstand des Projekts war eine Gruppe unterschiedlicher Proteine, denen eine mitochondriale Lokalisation und ein infektionsbiologischer Kontext gemeinsam ist. Ziel der Untersuchungen war zum einen eine Klärung der Mechanismen der mitochondrialen Zielerkennung, zum anderen eine Klärung der infektionsbiologischen Konsequenzen der mitochondrialen Lokalisation. Für die Ionenkanal-bildende toxische Komponente p33 des VacA-Toxins von Helicobacter pylori wurde nachgewiesen, dass die mitochondriale Zielerkennung dieses Proteins sowohl vom N-Terminus, als auch von internen Zielerkennungssignalen abhängig ist. Das p33 inseriert in die mitochondriale Importpore in einer Loop-Struktur und wird dann unter Vermittlung des TIM23-Komplexes in die mitochondriale Innenmembran eingebaut. Interessanterweise ist in diesem Fall das Protein Tim23 am Import beteiligt, das in der Regel den Import Präsequenztragender Vorstufenproteine vermittelt. Die weiteren Untersuchungen ergaben, dass der Import des p33 eine Beeinträchtigung des mitochondrialen Membranpotentials, sowie eine gesteigerte Bildung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) zur Folge hat. Es ließ sich nachweisen, dass diese in den betroffenen Zellen eine erhebliche Schädigung der DNA verursachen. Vermutlich trägt das VacA-Toxin auf diese Weise zu der Mutagenität und Kanzerogenität bei, die mit einer chronischen Helicobacter pylori-Infektion verbunden ist. Das Ionenkanal-bildende humane Plasmaprotein ApoL1 ist in der Lage, Trypanosomen abzutöten, indem es sich in die Mitochondrien dieser Parasiten einlagert. In Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Prof. E. Pays, Brüssel, wurde nun nachgewiesen, dass ApoL1 diese Aktivität durch Insertion in die mitochondriale Außenmembran entwickelt, indem es analog zum Protein Bax der höheren Organismen einen programmierten Zelltod auslöst. Für das Protein VMC1 des Mimivirus wurde gezeigt, dass es ebenfalls in Mitochondrien importiert wird, dabei aber keine unmittelbaren toxischen Effekte hervorruft. Vielmehr erleichtert es offenbar die Beschaffung der Nukleotide, die für die Replikation des außerordentlich großen Genoms des Mimivirus benötigt werden. In aufwendigen Untersuchungen wurde schließlich auch die mitochondriale Zielerkennung des VMC1 untersucht. Das Protein VMC1 lässt sich aufgrund seiner Aminosäuresequenz der großen Familie der mitochondrialen Carrier-Proteine (Metabolit-Translokatoren) zuordnen. Die Untersuchungen ermöglichten es, die bislang nur unzureichend definierten internen Zielerkennungssignale zu identifizieren, die für diese Proteinfamilie charakteristisch sind. Es zeigte sich, dass die effiziente und spezifische Zielerkennung von einer zweiteiligen Sequenz vermittelt wird, die aus einem hydrophilen und aus einem hydrophoben Element besteht. Jedes dieser Elemente ist funktionell notwendig, allein aber nicht hinreichend. Aufgrund äußerer Gründe konnte das Projekt erst mit außerordentlicher Verzögerung zum Abschluss gebracht werden. Wir denken jedoch, dass die Untersuchungen nunmehr eine Reihe interessanter Ergebnisse ermöglicht haben.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2011) A phosphodiesterase 2A isoform localized to mitochondria regulates respiration. J. Biol. Chem. 286, 30423-30432
Acin-Perez, R., Russwurm, M., Günnewig, K., Gertz, M., Zoidl, G., Ramos, L., Buck, J., Levin, L.R., Rassow, J., Manfredi, G., und Steegborn, C.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1074/jbc.M111.266379) - (2011) Helicobacter pylori Vacuolating toxin A and apoptosis. Cell Commun Signal 9:26
Rassow, J.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1186/1478-811X-9-26) - (2012) Helicobacter pylori VacA: a new perspective on an invasive chloride channel. Microbes Infect. 14, 1026-1033
Rassow, J., Meinecke, M.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.micinf.2012.07.002) - (2015) Coupling of lysosomal and mitochondrial membrane permeabilization in trypanolysis by APOL1. Nat. Comm. 6:8078
Vanwalleghem, G., Fontaine, F., Lecordier, L., Tebabi, P., Klewe, K., Nolan, D.P., Yamaro-Botté, Y., Botté, C., Kremer, A., Burkard, G.S., Rassow, J., Roditi, I., Pérez- Morga, D., Pays, E.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1038/ncomms9078) - (2017) Cytotoxic stress induces exchange of mitochondria-associated endogenous retroviral RNA and proteins between cancer cells. Oncotarget. 8, 95945-95964
Díaz-Carballo, D., Klein, J., Acikelli, A.H., Jastrow, H., Wennemuth, G., Dammann, P., Wyganowski, T., Khosrawipour, V., Giger-Pabst, U., Nienen, M., Velershteyn, E., Rassow, J., Nienen, M. und Strumberg, D.
(Siehe online unter https://doi.org/10.18632/oncotarget.21606) - (2018) Mimivirus-encoded nucelotide translocator VMC1 targets the mitochondrial inner membrane. J. Mol. Biol. 430, 5233-5245
Zara, V., Ferramosca, A., Günnewig, K., Kreimendahl, S., Schwichtenberg, J., Sträter, D., Ҫakar, M., Guidato, P., Palmieri, F. und Rassow, J.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.jmb.2018.09.012)
