Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Das Tor zu Mitochondrien schließen

nächste Meldung

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.

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.

Quelle: Christian D. Peikert

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. Die Forschenden präsentieren ihre Arbeit in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift „Nature Communications“.

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).

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.

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.

Bettina Warscheid ist Leiterin der Abteilung Biochemie und Funktionelle Proteomforschung am Institut für Biologie II und Mitglied des Exzellenzclusters BIOSS Zentrum für biologische Signalstudien an der Universität Freiburg.

Bildunterschrift:
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.
Quelle: Christian D. Peikert

Originalpublikation:
Christian D. Peikert, Jan Mani, Marcel Morgenstern, Sandro Käser, Bettina Knapp, Christoph Wenger, Anke Harsman, Silke Oeljeklaus, André Schneider* and Bettina Warscheid* (2017): Charting Organellar Importomes by Quantitative Mass Spectrometry. Nature Communications. DOI: 10.1038/NCOMMS15272 (*Diese Autoren sind zu gleichen Teilen beteiligt.)

Kontakt:
Prof. Dr. Bettina Warscheid
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
Institut für Biologie II
Tel.: 0761/203-2690
E-Mail: bettina.warscheid@biologie.uni-freiburg.de

Weitere Informationen:

https://www.pr.uni-freiburg.de/pm/2017/das-tor-zu-mitochondrien-schliessen

Rudolf-Werner Dreier | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

nächste Meldung

Im Focus: Überdosis Calcium

Nanokristalle beeinflussen die Differenzierung von Stammzellen während der Knochenbildung

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universitäten Freiburg und Basel haben einen Hauptschalter für die Regeneration von Knochengewebe identifiziert....

Im Focus: Overdosing on Calcium

Nano crystals impact stem cell fate during bone formation

Scientists from the University of Freiburg and the University of Basel identified a master regulator for bone regeneration. Prasad Shastri, Professor of...

Im Focus: AchemAsia 2019 in Shanghai

Die AchemAsia geht in ihr viertes Jahrzehnt und bricht auf zu neuen Ufern: Das International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production findet vom 21. bis 23. Mai 2019 in Shanghai, China statt. Gleichzeitig erhält die Veranstaltung ein aktuelles Profil: Die elfte Ausgabe fokussiert auf Themen, die für Chinas Prozessindustrie besonders relevant sind, und legt den Schwerpunkt auf Nachhaltigkeit und Innovation.

1989 wurde die AchemAsia als Spin-Off der ACHEMA ins Leben gerufen, um die Bedürfnisse der sich damals noch entwickelnden Iindustrie in China zu erfüllen. Seit...

Im Focus: AchemAsia 2019 will take place in Shanghai

Moving into its fourth decade, AchemAsia is setting out for new horizons: The International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production will take place from 21-23 May 2019 in Shanghai, China. With an updated event profile, the eleventh edition focusses on topics that are especially relevant for the Chinese process industry, putting a strong emphasis on sustainability and innovation.

Founded in 1989 as a spin-off of ACHEMA to cater to the needs of China’s then developing industry, AchemAsia has since grown into a platform where the latest...

Im Focus: Li-Fi erstmals für das industrielle Internet der Dinge getestet

Mit einer Abschlusspräsentation im BMW Werk München wurde das BMBF-geförderte Projekt OWICELLS erfolgreich abgeschlossen. Dabei wurde eine Li-Fi Kommunikation zu einem mobilen Roboter in einer 5x5m² Fertigungszelle demonstriert, der produktionsübliche Vorgänge durchführt (Teile schweißen, umlegen und prüfen). Die robuste, optische Drahtlosübertragung beruht auf räumlicher Diversität, d.h. Daten werden von mehreren LEDs und mehreren Photodioden gleichzeitig gesendet und empfangen. Das System kann Daten mit mehr als 100 Mbit/s und fünf Millisekunden Latenz übertragen.

Moderne Produktionstechniken in der Automobilindustrie müssen flexibler werden, um sich an individuelle Kundenwünsche anpassen zu können. Forscher untersuchen...