Strukturelle Grundlage und Organisation der humanen Cytochrom C Oxidase Biogenese

• Antragsteller: Professor Dr. Hauke Hillen
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie ; Biochemie ; Strukturbiologie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 401510699

Mitochondrien sind sub-zelluläre Organellen, welche ATP durch oxidative Phosphorylierung produzieren. Dies geschieht durch die Atmungskette, einer Aneinanderreihung von jeweils aus mehreren Untereinheiten bestehenden Komplexen die in der inneren mitochondrialen Membran verankert sind. Für die Biogenese dieser Komplexe müssen im Zellkern kodierte Untereinheiten mit mitochondrial kodierten Untereinheiten gezielt zusammenkommen. Obwohl zahlreiche mitochondriale Erkrankungen durch Fehler bei der Assemblierung von Atmungsketten-Komplexen ausgelöst werden, ist dieser Prozess bis heute unzureichend verstanden. Insbesondere wie die Assemblierung von Kern-kodierten und mitochondrial-Kodierten Untereinheiten funktionell, zeitlich und räumlich koordiniert wird ist nicht bekannt. Ziel dieses Projekts ist es, die molekulare Grundlage und Organisation der Komplex IV Biogenese in humanen Mitochondrien zu untersuchen. Hierfür werden wir mithilfe der Einzelpartikel Kryo-Elektronenmikrokopie die Struktur und Zusammensetzung eines frühen Komplex IV Biogenese Intermediats untersuchen, welches zusammen mit der Membran-Insertase OXA1L aufgereinigt werden kann. Dieser Komplex enthält die mitochondrial kodierte Komplex IV Untereinheit COX2, zahlreiche Assemblierungsfaktoren sowie das mitochondriale Ribosom. Dies deutet darauf hin, dass es sich um einen Ko-translationalen Assemblierungskomplex handelt. Desweiteren werden wir die experimentelle Methodik nutzen, welche wir zuvor mithilfe der der Anschubfinanzierung der FOR2848 etablieren konnten, um die Struktur und Organisation von mitochondrialen Ribosom-assoziierten Komplexen mittels Kryo-Elektronentomographie in situ analysieren. Die Ergebnisse dieses Projekts werden molekulare Einblicke in die Mechanismen der Cytochrom C Oxidase Biogenese liefern und zeigen, wie diese funktionell mit der Translation in Mitochondrien gekoppelt ist. Desweiteren werden sie zeigen, wie die mitochondriale Translation sowie die Biogenese von Atmungsketten-Komplexen an der inneren mitochondrialen Membran organisiert sind.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2848: Architektur und Heterogenität der inneren mitochondrialen Membran auf der Nanoskala