Die Entschlüsselung struktureller und mechanistischer Besonderheiten von Ribosomen-Rettungswegen in Mitochondrien

• Antragstellerin: Dr. Annika Krüger
• Fachliche Zuordnung: Strukturbiologie ; Biochemie
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 467373608

Mitochondrien sind halbautonome Organellen, die für die Homöostase der meisten eukaryotischen Zellen essentiell sind. Sie besitzen ihr eigenes Genom, welches innerhalb der mitochondrialen Matrix transkribiert und translatiert wird. Da bisher keine spezifischen Techniken zur Editierung des mitochondrialen Genoms, sowie In-vitro-Translationssysteme zur Verfügung stehen, fehlt uns ein detailliertes Verständnis des Translationsprozesses in Mitochondrien. Die jüngsten Verbesserungen von Kryo-EM-Techniken und Proteomanalyse-Methoden ermöglichten jedoch erste Einblicke in den Ablauf der mitochondrialen Translation. Aber was passiert, wenn während der Proteinsynthese etwas schief geht? Derzeit gibt es nur sehr wenige Informationen über Ribosomen-Rettungswege in Mitochondrien. Dieses Thema soll daher im vorgeschlagenen Projekt behandelt werden. Der Hauptfokus wird dabei auf den Proteinen C12orf65 und mtRF1 liegen, welche Homologie zu bakteriellen Release-Faktoren aufweisen. Obwohl eine vor kurzem veröffentlichte Kryo-EM Struktur eine erste Momentaufnahme des C12orf65-vermittelten Rettungsmechanismus aufzeigte, gibt es bisher wenige Informationen über den Ablauf dieses Prozesses und die dabei beteiligten Faktoren. Um weitere Einblicke zu erhalten, werden wir daher Kryo-EM Studien an isolierten C12orf65-Mitoribosomen-Komplexen durchführen. Unseren vorläufigen Daten nach zu beurteilen, werden wir damit mehrere Phasen der Translation auflösen, an welchen C12orf65 beteiligt ist. Somit werden wir das bisherige Wissen mit signifikanten Details ergänzen. Um die Funktion des uncharakterisierten Proteins mtRF1 zu entschlüsseln, werden wir zunächst das Interaktom von mtRF1 untersuchen. Für strukturelle Studien am mtRF1-Rettungsmechanismus werden wir anschließend mehrere Strategien verfolgen, welche zur Stabilisierung der mtRF1-Mitoribosomen-Komplexe beitragen. Zusätzlich werden die Dynamik der Rettungsprozesse mithilfe von Einzelmolekültechniken und zeitaufgelöster Kryo-EM untersucht werden. Um schließlich den Verlauf auch auf einer mechanistischen Ebene zu verstehen, werden wir Strukturstudien mit funktionalen Assays kombinieren. Diese werden sowohl ''next-generation RNA sequencing-assisted ribosome profiling‘‘ als auch weitere biochemische Assays innerhalb der Zellkultur umfassen. Zusammenfassend betrachtet, wird dieses Projekt daher detaillierte mechanistische Einblicke in die Qualitätskontrolle der mitochondrialen Translation liefern, wodurch neue Targets für die Behandlung von mitochondrialen Erkrankungen gefunden werden könnten.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Schweden
• Gastgeberin: Dr. Joanna Rorbach