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Projekt
Frühe Schritte der Biogenese mitochondrialer Innenmembranproteine: Die Rolle zytosolischer Faktoren bei Synthese, Targeting und Qualitätskontrolle
Antragstellerinnen / Antragsteller
Professor Dr. Johannes M. Herrmann; Dr. Stefan Pfeffer; Professorin Dr. Konstanze Winklhofer
Fachliche Zuordnung
Biochemie
Förderung
Förderung seit 2024
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 541210481
Mitochondrien bestehen aus einer großen Anzahl von Proteinen, die initial als Vorläuferproteine im Zytosol hergestellt werden. Die meisten dieser Proteine werden post-translational, also nach ihrer vollständigen Synthese im Zytosol in die Mitochondrien importiert. Da die Translokation in die Mitochondrien wesentlich schneller erfolgt als die Synthese reduziert der post-translationale Import die Zahl der notwendigen Importkanäle der Mitochondrien und verringert den Verlust von Protonen, die entlang von Translokationsintermediaten der Innenmembran verloren gehen. Allerdings gibt es eine Klasse mitochondrialer Vorläuferproteine die ko-translational importiert wird: Proteine, die während ihres Imports durch eine Stop-Transfer-Sequenz in die Innenmembran eingefügt werden, können nicht vom Importmotor in die Mitochondrien gezogen werden. Eine Reihe aktueller Arbeiten belegt, dass diese Innenmembranproteine bereits während ihrer Synthese importiert werden und dass die Kopplung von Translation den Transport über die Außenmembran begünstigt. Die zugrunde liegenden Mechanismen sind allerdings unbekannt und sollen in diesem Vorhaben nun untersucht werden. In diesem Projekt sollen biochemische, zellbiologische und strukturbiologische Ansätze kombiniert werden, um drei Ziele zu erreichen: Zum einen sollen die Mechanismen aufgeklärt werden, durch die Vorläuferproteine ko-translational importiert werden und beteiligte Faktoren identifiziert werden. Vorarbeiten zeigen dabei, das Prolin-reiche Abschnitte in den Vorläuferproteinen eine zentrale Rolle für die Koordination von Synthese und Import spielen. Zum zweiten wollen wir mittels cryo-Elektronentomographie die Struktur und Anordnung zytosolischer Ribosomen auf der Mitochondrienmembran aufklären. Dies soll sowohl in Wildtyp-Zellen erfolgen als auch in Mutanten, in denen die Synthese an den Prolin-reichen Abschnitten arretiert ist. In einen dritten Arbeitspaket wollen wir Faktoren der Qualitätskontrolle identifizieren, die diese ko-translational Importreaktion überwachen und deren fehlerfreien Ablauf sicherstellen. Dieses Projekt ist nur durch die enge Kooperation von drei Arbeitsgruppen möglich, die umfangreiche Erfahrungen in der Mitochondrienbiologie, der Proteostase-Forschung und der Strukturbiologie kombinieren. Mit diesem Team wollen wir den ko-translationalen Proteinimport in Hefe und in menschlichen Zellen untersuchen, die grundlegenden Mechanismen aufklären und beteiligte (zytosolische) Faktoren identifizieren. Die Eingliederung dieses Projekts in das Schwerpunktprogramm ist eine einmalige Chance, diesen wichtigen und bislang unverstandenen Aspekt der Mitochondrienbiologie aufzuklären.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
