Assemblierung des mitochondrialen Ribosoms in Säugern.

• Antragstellerin: Professorin Dr. Ricarda Richter-Dennerlein
• Fachliche Zuordnung: Biochemie
• Förderung: Förderung seit 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 280677030

Das humane mitochondriale Ribosom (Mitoribosom) hat eine zentrale Bedeutung, da es die mitochondrial-kodierten Komponenten der oxidativen Phosphorylierungskomplexe synthetisiert. Defekte in der Biogenese und Funktion des Mitoribosoms führen zur OXPHOS Defizienz und zu schwerwiegenden mitochondrialen Erkrankungen, die vor allem Gewebe mit hohem Energiebedarf betreffen. Daher ist es wichtig, die molekularen Mechanismen der Mitoribosomassemblierung sowie auch die Konsequenzen, die bei Defekten während des komplexen Prozesses auftreten können, zu untersuchen um den Ursprung der jeweiligen pathophysiologischen Erscheinungen zu verstehen. Aufgrund erheblicher Unterschiede in Struktur und Zusammensetzung im Vergleich zum bakteriellen oder cytosolischen Ribosom können wir unser Wissen von anderen Systemen nicht einfach zum Verständnis auf die Biogenese des humanen Mitoribosoms übertragen. Unsere bisherigen Ergebnisse sowie Studien anderer Forschenden geben Einblick in die finalen Schritte bei der Reifung der großen und kleinen mitoribosomalen Untereinheiten (mtLSU, mtSSU) und erklären die Funktion einiger Faktoren, die bei diesen Prozessen eine essentielle Rolle spielen. Allerdings befinden wir uns erst am Anfang, den komplexen Prozess der Ribosombiogenese in Mitochondrien zu verstehen. Der Fokus der aktuellen Analysen in dem laufenden Emmy-Noether Projekt und dem hier vorgeschlagenen abschließenden Projektanteil liegt daher auf den frühen Schritten während der mtLSU und mtSSU Assemblierung. Wir werden verschiedene komplementäre Ansätze anwenden, um die Assemblierung in vivo sowie in vitro weiter zu analysieren. Assemblierungsintermediate aus gentechnisch erzeugten knockout bzw. mutierten Zelllinien werden biochemisch und strukturell untersucht. Hierbei werden wir uns insbesondere auf mitochondrial-spezifische Merkmale fokussieren wie dem Central Protuberance (CP) der mtLSU oder dem Fuß der mtSSU. Der CP besteht vor allem aus mitochondrial-spezifischen Proteinen, einer tRNA sowie einer funktionellen Peptidyl-tRNA Hydrolase (mL62), die sowohl als strukturelles r-Protein als auch als Terminationsfaktor fungieren kann. Wir werden analysieren, wie die duale Funktion von mL62 reguliert wird und werden knockout bzw. katalytisch inaktive Mutanten nutzen, um die zellulären und molekularen Konsequenzen des Verlusts von mL62 als r-Protein bzw. als Terminationsfaktor zu unterscheiden. Des Weiteren werden wir die Assemblierung des Fußes der mtSSU näher analysieren, welcher einen Hot Spot für krankheitsassoziierter Mutationen darstellt. Zusätzlich gilt unser Interesse der Funktion von GTPasen als potentielle Qualitätskontrollfaktoren bei der mtSSU Biogenese. Unsere abschließenden Arbeiten im Emmy-Noether Projekt werden wichtige mechanistische Einblicke in die Assemblierung des Mitoribosoms und dessen Rolle in mitochondrialen Erkrankungen liefern und werden unser Verständnis von pathophysiologischen Defekten in diesem essentiellen Prozess vertiefen.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen