Molekulare und pathomechanistische Rollen von MIC13 in der Regulierung der Cristae-Morphogenese

• Antragstellerin: Ruchika Anand, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Biochemie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 445115201

Die mitochondriale Ultrastruktur ist charakterisiert durch Einstülpungen der inneren Membran (IM), genannt Cristae. Diese sind durch schlitzförmige Strukturen, Crista Junctions (CJs), mit dem Rest der IM verbunden. CJs bilden mit einem Durchmesser von 12-35 nm eine Diffusionsbarriere, die Mitochondrien in Kompartimente unterteilt. CJs wirken als elektrische Isolatoren zwischen Cristae, sodass einzelne Cristae unterschiedliche Membranpotentiale ausbilden können. In unserem kürzlich veröffentlichten Preprint zeigen wir, dass CJs und Cristae kontinuierlicher, dynamischer Umgestaltung unterliegen, welche balanciert und reversibel sind und abhängig vom MICOS Komplex (MIC13). Der MICOS (mitochondrial contact site and cristae organizing system) Komplex ist ein großer, konservierter Proteinkomplex aus 7 Untereinheiten an den CJs, der für Bildung und Erhaltung von CJs benötigt wird. Er besteht aus MIC60, MIC25, MIC19, MIC13, MIC26, MIC27 und MIC10. Durch Complexome profiling konnten wir MIC13, MIC26 und MIC27 als neue Untereinheiten des MICOS Komplex in Säugern identifizieren. Mutationen von Mic13 führen zu einer schweren mitochondrialen Enzephalopathie mit Leberdysfunktion. Wir erzeugten Mic13 Knockout Zellen, die einen vollständigen Verlust an CJs zeigten, einhergehend mit Degeneration eines Subkomplexes des MICOS bestehend aus MIC10, MIC26 und MIC27. Dies macht es schwierig die individuelle Rolle von MIC13 zu analysieren, die unabhängig von dem Level der Proteine MIC10, MIC26 und MIC27 ist. Daher planen wir die Erstellung von Deletionsvarianten von MIC13 über die gesamte Länge des Proteins um deren Fähigkeit zu ermitteln MIC10, MIC26 und MIC27 wiederherzustellen. Zudem soll ermittelt werden zu welchem Grad diese Varianten Defekte in den Cristae beheben können. In vorläufigen Studien konnten wir zeigen, dass diverse Deletionsvarianten von MIC13 in der Lage waren die Levels von MIC10, MIC26 und MIC27 wiederherzustellen, jedoch nicht die vollständigen Defekte der Cristae. Somit haben wir ein System, mit dem wir die molekulare Rolle von MIC13 unabhängig von MIC10, MIC26 und MIC27 in der Regulation der Cristae Morphologie ermitteln können. Dieses Projekt ist unterteilt in drei (a-c) realisierbare Ziele. (a) Wir planen mit Hilfe der Deletionsvarianten die mechanistische Rolle von MIC13 in CJ-Ausbildung und MICOS-Integrität zu entschlüsseln. Des Weiteren möchten wir die pathomechanistische Bedeutung von MIC13 (CJs) während der Cristae Umgestaltung ermitteln, insbesondere in Bezug auf (b) Apoptose. Wir haben bereits einen neuen Interaktionspartner von MIC13 in der IM gefunden. (c) Entsprechend planen wir die funktionale Beziehung zwischen diesem Faktor und MIC13 (MICOS) zu entschlüsseln. Mit dieser Zielsetzung werden wir fundamentale Fragen über die molekulare Rolle von MIC13 in der Regulation der Cristae Morphologie sowie den Einfluss von MIC13 auf den Pathomechanismus einer Krankheit in Verbindung mit der Störung der Cristae Morphogenese beantworten können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen