Die essentiellen Interaktionen zwischen Acyl-Carrier- und LYR-Proteinen (ACPM-LYRM) in Mitochondrien

• Antragstellerin: Dr. Heike Angerer
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Strukturbiologie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 325770068

In Mitochondrien laufen wichtige biochemische Stoffwechselprozesse ab z.B. die oxidative Phosphorylierung (OXPHOS), Fe-S Cluster Biogenese und beta-Oxidation. Kürzlich konnte gezeigt werden, dass Mitochondrien alle Enzyme enthalten, die zur Synthese von Fettsäuren nach dem bakteriellen Typ II Modus (FAS Typ II) benötigt werden. Ein zentrales Element des hochkonservierten mitochondrialen FAS II-Systems ist das mitochondriale Acyl-Carrier Protein (ACPM). Eukaryotische LYR-(Leucin-Tyrosin-Arginin)-Motiv-Proteine (LYRMs) der Complex1-LYR-like Superfamilie, die hauptsächlich als akzessorische Untereinheiten oder Assemblierungsfaktoren der mitochondrialen OXPHOS-Komplexe I, II, III und V beschrieben wurden, sind als Interaktionspartner von ACPM vorgeschlagen worden. In Komplex I der Hefe Yarrowia lipolytica formen ACPM1 und LYRM6, und ACPM2 und LYRM3 zwei definierte akzessorische Domänen. Jedoch konnten diese vier Proteine in der kürzlich publizierten Röntgenkristallstruktur von Y. lipolytica Komplex I mit der Auflösung von 3,6-3,9 Å nur als Polyalaninketten modelliert werden. Meine eigenen Vorarbeiten zeigten, dass eine Fraktion des ACPM1 in der Matrix lokalisiert ist und eine weitere Fraktion mit dem LYRM4(ISD11)-NFS1-Komplex der Fe-S Cluster Biogenese assoziiert ist. Der ACPM1-LYRM4/NFS1-Komplex ist konsistent mit einem in diesem Forschungsvorhaben vorgeschlagenen makromolekularen Liponsäuresynthese-Komplex. Im Kontrast zu den ACPM-Komplex I-Untereinheiten ist Matrix-ACPM1 am N-Terminus acetyliert. Dieses Ergebnis deutet auf einen intra-mitochondrialen Sortierungsmechanismus hin, welcher das ACPM1 zu seinem Zielort am Komplex I oder in die Matrix dirigiert. Erste massenspektrometrische Untersuchungen zeigten, dass das eine Fraktion des Matrix-ACPM1 wachsende Fettsäureketten gebunden hat (C9-C16-acyl-ACPM1-Intermediate). An den Komplex I-Untereinheiten ACPM1 und ACPM2 wurden langkettige Acylgruppen detektiert, jedoch ist die genaue Identität dieser Reste noch unklar. Ziel dieser Arbeit ist die Rolle der ACPMs und mit ihnen assoziierter LYRMs in Mitochondrien aufzuklären. Ein Schwerpunkt ist die Klärung der biosynthetischen Funktion des Matrix-ACPM1 und die Rolle des ACPM1-LYRM4/NFS1-Komplexes in der Produktion von Liponsäure (Dithio-Oktansäure) zu beschreiben. Ein wichtiger Schritt zur Aufklärung der Assoziation von ACPM mit respiratorischem Komplex I wird die Identifikation der gebundenen Acylgruppe sein. Die Lösung der Strukturen von LYRM6 und des stringent gereinigten ACPM1-LYRM4/NFS1-Komplexes werden aufzeigen, wie LYRMs und ACPM1 miteinander interagieren und warum die LYRM-ACPM1-Domänen für die Funktion von Komplex I und dem NFS1-Protein essentiell sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen