Induction of apoptosis by the PorB porin of Neisseria gonorrhoeae: A paradigm for the evolution of programmed cell death
Zusammenfassung der Projektergebnisse
PorB ist in der Außenmembran von Neisseria gonorrhoeae das häufigste porenbildende ß-barrel-Protein. Bei einer Infektion werden intakte PorB-Moleküle von den Neisserien an die umgebenden Gewebe abgegeben, PorB wird von Wirtszellen aufgenommen, akkumuliert in den Mitochondrien, und löst dann Apoptose aus. Im Teilprojekt der Arbeitsgruppe sollte geklärt werden wie das bakterielle PorB in die Mitochondrien importiert wird und welche Effekte dadurch in den Mitochondrien ausgelöst werden. In seiner Primärstruktur enthält PorB keinerlei offensichtliche mitochondriale Zielerkennungssequenz. In den Arbeiten des Projekts stellte sich heraus, dass für den Import in die Mitochondrien bestimmte Elemente der Sekundärstruktur des PorB benötigt werden. Vermutlich kann das PorB nur importiert werden, sofern es in der Lage ist, die nicht-lokalen Wechselwirkungen zu stabilisieren, die für seine ß-barrel-Struktur charakteristisch sind. An der Oberfläche der Mitochondrien wird PorB vom TOM-Komplex aufgenommen, der normalerweise den Import der endogenen mitochondrialen Porine und anderer mitochondrialer Proteine aus dem Cytosol vermittelt. Ähnlich dem mitochondrialen Porin gelangt dann auch das bakterielle PorB durch die vom TOM-Komplex gebildete generelle Importpore in den Intermembranraum. Das endogene Porin wird hier vom SAM/TOB-Komplex aufgenommen, der schließlich die Insertion in die Außenmembran vermittelt. In den Arbeiten des Teilprojekts zeigte sich, dass es für die Virulenz des PorB von entscheidender Bedeutung ist, dass dem PorB eine Erkennungssequenz für den SAM/TOB-Komplex fehlt. Da PorB vom SAM/TOB-Komplex nicht erkannt wird, gelangt es auch nicht in die Außenmembran. Vielmehr akkumuliert es im Intermembranraum und erhält die Möglichkeit, in die mitochondriale Innenmembran zu inserieren. Die Insertion eines einzigen PorB-Moleküls hat einen sofortigen Verlust des mitochondrialen Membranpotentials zur Folge. Elektronenmikroskopische Aufnahmen zeigen, dass es daraufhin in den Mitochondrien zu erheblichen strukturellen Änderungen kommt. Diese stehen offenbar bereits in einem direkten Bezug zur nachfolgenden Auslösung von Apoptose. Neisserien enthalten in ihrer Außenmembran das Protein Omp85, das eine ausgeprägte Ähnlichkeit zu Sam50/Tob55, einer Komponente des mitochondrialen SAM/TOB-Komplexes zeigt. In den Neisserien ist Omp85 an der Insertion des neu synthetisierten PorB in die bakterielle Außenmembran beteiligt. In den Untersuchungen des Teilprojektes hat sich gezeigt, dass es für die Aktivität des PorB als Virulenzfaktor entscheidend ist, dass PorB vom SAM/TOB-Komplex gleichwohl nicht erkannt wird. Nur so erhält das PorB die Möglichkeit, als ß-barrel-Protein in der Innenmembran der Mitochondrien eine Pore zu bilden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2002) Bcl-2 and porin follow different pathways of TOM-dependent insertion into the mitochondrial outer membrane. J.Mol.Biol. 323, 729-738
Motz, C., Martin, H., Krimmer, T., und Rassow, J.
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(2002) VDAC and the bacterial porin PorB of Neisseria gonorrhoeae share mitochondrial import pathways. EMBO J. 21, 1916-1929
Müller, A., Rassow, J., Grimm, J., Machuy, N., Meyer, T.F., und Rudel, T.
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(2007) Biogenesis ofyeast dicarboxylate carrier: The carrier signature facilitates translocation across the mitochondrial outer membrane. J. Cell Sci. 120, 4099- 4106
Zara, V., Ferramosca, A., Capobianco, L., Baltz, K.M., Randel, O., Rassow, J., Calmieri, F., und Papatheodorou, P.
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Papatheodorou, P., Domanska, G., und Rassow, J.
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(2007) Separation of proteins by Blue Native Electrophoresis (BN-PAGE). In: Protein Targeting Protocols: Second Edition, Hrsg.: M. van der Giezen, Humana Press inc., Totowa, NJ, Methods in Molecular Biology 390:417-427
Randel, O., Rassow, J., und Motz, C.
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(2008) Transmembrane domain length of viral K+ channels is a signal for mitochondrial targeting. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 105, 12313-12318
Balss, J., Papatheodorou, P., Mehmel, M., Baumeister, D., Hertel, B., Delaroque, N., Chatelain, F.C, Minor, D.L., van Etten, J.L., Rassow, J., Moroni, A. und Thiel, G.
