Mitochondrien: Lipidhilfe bei Fassprotein-Einbau

10. November 2015
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Spezielle Lipide unterstützen Proteinmaschinen dabei, molekulare Fässer in die Außenmembran der Mitochondrien einzubauen. Ist der Hauptbaustein „Phosphatidylcholin“ nicht ausreichend vorhanden, wird der Einbau verlangsamt und die Mitochondrien in ihrer Entwicklung gestört.

Wenn Mitochondrien nicht funktionieren, kann dies zu Erkrankungen des Nervensystems führen. Bestimmte Proteine der Außenmembran, die eine sogenannte beta-Fassstruktur ausbilden, sind für die Entwicklung der Mitochondrien von entscheidender Bedeutung. Über diese Proteine finden Transportprozesse von Proteinen und Metaboliten statt. Ribosomen im Cytosol stellen die beta-Fassproteine her.

PC mit Schlüsselfunktion

Die Proteintranslokasen, zwei Proteinmaschinen in der Außenmembran der Mitochondrien, bringen die Fassstrukturen dort hinein. Die Translokase, die kurz TOM-Komplex genannt wird, transportiert Proteine aus dem Cytosol in die Mitochondrien. Der sogenannte SAM-Komplex baut die Proteine anschließend in die Membran ein. Während Wissenschaftler TOM und SAM gut erforscht haben, war die Rolle der Lipide bislang nur wenig verstanden.

In Mitochondrien sind die sogenannten Phospholipide, von denen Phosphatidylcholin (PC) das häufigste ist, der Hauptbaustein der Membranen. Ein Team um den Freiburger Biochemiker Privatdozent Dr. Thomas Becker entdeckte eine bislang unbekannte Rolle von PC bei der Entstehung von beta-Fassproteinen: Die Wissenschaftler fanden heraus, dass die Funktion des SAM-Komplexes vom Gehalt an PC in der Membran abhängt. Sie analysierten Mitochondrien von Mutanten der Bäckerhefe, die einen stark verminderten Gehalt an PC aufweisen.

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Mitochondrien bilden ein Netzwerk in der Bäckerhefe aus, das hier grün fluoreszierend angefärbt ist. © Dr. Łukasz Opaliński, AG Becker

Enge Bindung

Max-Hinderk Schuler, Erstautor der Studie, zeigte, dass bei der veränderten Bäckerhefe der Einbau der beta-Fassproteine in die Außenmembran reduziert ist. Dies lässt sich dadurch erklären, dass die Funktion und die Stabilität des SAM-Komplexes in diesen Mutanten gestört ist. Im Gegensatz dazu ist die Aktivität des TOM-Komplexes nicht beeinträchtigt. Damit können beta-Fassproteine zwar ungehindert den TOM-Komplex passieren, doch ihr Einbau in die Außenmembran läuft nicht mehr mit voller Geschwindigkeit ab, wenn der Gehalt an PC vermindert ist. Diese Arbeit zeigt, dass Proteinmaschinen und Lipide im Proteintransport eng verbunden sind und dass der Einbau des beta-Fassproteins in die Zielmembran von der Zusammensetzung der Membran abhängig ist.

Originalpublikation:

Phosphatidylcholine Affects the Role of the Sorting and Assembly Machinery in the Biogenesis of Mitochondrial β-Barrel Proteins
Max-Hinderk Schuler et al.; The Journal of Biological Chemistry, doi: 10.1074/jbc.M115.687921; 2015

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