Neue Methode

Das Tor zu Mitochondrien schließen

Ein Forschungsteam entwickelt eine neue Methode, mit der sich importierte mitochondriale Proteine bestimmen lassen.

Vergrößerung einer Elektrospray-Kapillare

Vergrößerung einer Elektrospray-Kapillare (links), die Proteine in die Öffnung eines Massenspektrometers überführt (rechts). Mithilfe dieser Technologie analysierten die Forschenden Mitochondrien mit einem für Proteine verschlossenen „Tor“ (Cartoon) auf molekularer Ebene. | Christian D. Peikert

Eukaryotische Zellen enthalten Tausende von Proteinen, die auf verschiedene zelluläre Kompartimente mit spezifischen Funktionen verteilt sind. Ein deutsch-schweizerisches Team um Prof. Dr. Bettina Warscheid von der Universität Freiburg und Prof. Dr. André Schneider von der Universität Bern hat die Methode „ImportOmics“ entwickelt. Damit können die Forschenden die Lokalisation von Proteinen bestimmen, die durch „Pforten“ in bestimmte, von Membranen umschlossene Zellkompartimente, die so genannten Organellen, importiert werden.

Das Wissen über die genaue Lokalisation der einzelnen Proteine, über den Weg, den sie zurücklegen, um ihr Ziel zu erreichen und über die Zusammensetzung der Zellkompartimente spielt eine bedeutende Rolle beim Verständnis grundlegender Mechanismen der Zellbiologie. Dies ist die Voraussetzung, um Krankheitsmechanismen zu verstehen, die auf fehlerhaften Funktionen in der Zelle beruhen.

Proteintransport blockiert

Das Forschungsteam entwickelte die Methode, um das mitochondriale Proteininventar des einzelligen Parasiten Trypanosoma brucei zu bestimmen. Der Parasit besitzt ein einziges Mitochondrium, das essentiell ist für Wachstum und Überleben. Das Mitochondrium ist von zwei Membranen umgeben und beinhaltet mehr als tausend Proteine. Die genaue Proteinzusammensetzung ist jedoch noch nicht geklärt. Die Mehrzahl dieser Proteine wird in der zellulären Flüssigkeit, dem Zytosol, synthetisiert und muss anschließend die äußere Membran der Mitochondrien passieren, um den endgültigen Bestimmungsort zu erreichen. Dazu verfügt die Außenmembran über ein zentrales „Tor“, die so genannte archaische Translokase der mitochondrialen Außenmembran (ATOM).

Eukaryotische Zelle und zwei Prokaryoten

Woher stammen die Mitochondrien, die „Kraftwerke“ unserer Zellen? Es waren ursprünglich Wasserstoff-erzeugende Bakterien, die von anderen Urzellen eingeschlossen wurden. Die Urzellen benötigten Wasserstoff für ihren eigenen Stoffwechsel.

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Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler machten sich dieses Tor zunutze, um die Gesamtheit der aus dem Zytosol importierten mitochondrialen Proteine zu definieren. Sie konstruierten Zellen, die reduzierte Mengen von ATOM40, der porenbildenden Komponente des ATOM-Komplexes, bilden. Dadurch wurde der Proteinimport in das Mitochondrium blockiert.

1.120 mitochondriale Proteine identifiziert

Das Forschungsteam setzte die quantitative Massenspektrometrie ein, um zu vergleichen, wie hoch die Proteinmengen in Mitochondrien mit defektem und mit ungestörtem Proteinimport sind. Auf diese Art identifizierten die Forschenden 1.120 mitochondriale Proteine, darunter mehr als 300 Proteine, die bislang nicht mit dem Mitochondrium des Parasiten in Verbindung gebracht wurden. Außerdem zeigten sie, dass ImportOmics geeignet ist, um systematisch unterschiedliche Proteinimportsysteme zu analysieren. Dies wird beispielhaft für den Import von Proteinen in die äußere mitochondriale Membran und in den mitochondrialen Intermembranraum gezeigt. Darüber hinaus können Forschende mit der Methode untersuchen, wie andere Organellen des Parasiten sowie auch anderer Organismen zusammengesetzt sind. (idw, red)

Literatur:

Christian D. Peikert, Jan Mani, Marcel Morgenstern, et al. (2017): Charting Organellar Importomes by Quantitative Mass Spectrometry. Nature Communications. DOI: 10.1038/NCOMMS15272.