Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie Mitochondrien in Form gebracht werden

08.05.2015

Göttinger Wissenschaftler entdecken Protein, das die Membran in den zellulären Kraftwerken formt. Veröffentlicht in Fachzeitschrift „Cell Metabolism“.

Mitochondrien sind die Kraftwerke der Zellen. Sie produzieren einen Großteil der Energie, die Tiere und Pflanzen zum Leben benötigen. Um das leisten zu können, besitzen sie eine besondere Struktur: In ihrem Inneren befindet sich eine stark gefaltete Membran.


Membranbläschen mit (links) und ohne das Protein Mic10 (rechts). Mic10 führt zu Einstülpungen der Membran (blau gefärbt).

Foto: Meinecke

Eine Forschungsgruppe unter der Leitung von Prof. Dr. Michael Meinecke, European Neuroscience Institute Göttingen (ENI-G) und Mitglied im Göttinger Zentrum für Molekulare Biowissenschaften (GZMB), hat nun ein Protein entdeckt, das bei dieser Faltung eine wichtige Rolle spielt. Die Forschungsergebnisse sind in der renommierten englischsprachigen Fachzeitschrift „Cell Metabolism“ er-schienen.

Originalveröffentlichung: Barbot M, Jans DC, Schulz C, Denkert N, Kroppen B, Hoppert M, Jakobs S, Meinecke M. Mic10 oligomerizes to bend mitochondrial inner membranes at cristae junctions. Cell Metabolism 21, 756-763, (2015)
doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.cmet.2015.04.006

HINTERGRUNDINFORMATIONEN
Einige Hundert Mitochondrien gibt es durchschnittlich in jeder Zelle. Sie haben gleich mehrere Aufgaben: Sie stellen Adenosintriphosphat (ATP) her, den wichtigsten Energieträger in Zellen. Außerdem produzieren sie eine Vielzahl von Proteinen und andere chemische Verbindungen, die für die Zelle unverzichtbar sind. Auch beim programmierten Zelltod, der Apoptose, sind sie von zentraler Bedeutung. Um diese verschiedenen Funktionen erfüllen zu können, haben Mitochondrien einen besonderen Aufbau. Neben ihrer äußeren Membran besitzen sie eine weitere, innere Membran. Im Gegensatz zur äußeren ist diese innere Membran nicht glatt, sondern in Falten gelegt, die einen Großteil des Innenraums der Mitochondrien ausfüllen. Die Falten vergrößern die Membranoberfläche in den Mitochondrien. Damit steht mehr Platz für die vielen Stoffwechselvorgänge zur Verfügung, die dort ablaufen.

FORSCHUNGSERGEBNISSE IM DETAIL
Wie wichtig die besondere Gestalt der inneren Mitochondrienmembran ist, zeigt sich, wenn die Faltung gestört ist: Eine solche Veränderung löst in Zellen oft den programmierten Zelltod aus, die Zellen sterben. Bisher war wenig darüber bekannt, welche Faktoren und Mechanismen die Faltung der Membran steuern. „Wir haben herausgefunden, dass das Protein Mic10 die Form von Membranen verändern kann und wie es in den Mitochondrien die Faltenbildung steuert“, sagt Prof. Dr. Michael Meinecke, Senior-Autor der Publikation und Leiter der Forschergruppe „Molecular Membrane Biology“.

OHNE MIC10 FUNKTIONIERT DIE FALTENBILDUNG NICHT
Das Protein Mic10 ist Bestandteil des MICOS-Komplexes, der aus mehreren Proteinen zusammengesetzt ist und in Mitochondrien am Beginn der Membranfalten sitzt. „Seit Kurzem ist bekannt, dass MICOS notwendig ist, damit sich die innere Mitochondrienmembran richtig faltet“, sagt Prof. Meinecke. „Insbesondere, wenn das Mic10-Protein fehlt, ändert sich die Form der Membranfalten drastisch.“

Die Göttinger Forscher wollten herausfinden, wie Mic10 an der Faltenbildung beteiligt ist. Dafür schleusten sie das Protein zunächst im Reagenzglas in künstliche, faltenlose Membranbläschen ein. „Als wir diese Bläschen dann unter dem Mikroskop betrachteten, fanden wir röhrenförmige Einstülpungen der Membran“, sagt Mariam Barbot, Erst-Autorin der Publikation und Doktorandin in der Forschungsgruppe Molecular Membrane Biology. „Damit hatten wir den Beweis, dass Mic10 die Form von Membranen verändern kann.“

Doch wie genau schafft es Mic10, Membranen zu verformen? Die Wissenschaftler fanden heraus, dass das Protein mit einem Teil in der inneren, gefalteten Mitochondrienmembran verankert ist. Die Daten lassen vermuten, dass dieser Teil von Mic10 dabei die Form eines Keils annimmt. „Am breiten Ende des Keils würde mehr Membran verdrängt als am spitzen Ende, so dass sich in der Membran eine Kurve bildet“, sagt Prof. Meinecke. „Die Keilform könnte damit erklären, wie Mic10 zur Faltenbildung beiträgt.“

Von anderen Membransystemen weiß man, dass sich häufig mehrere identische Proteine zusammenlagern, um die Gestalt der Membran zu verändern. Die Biochemiker testeten als nächstes, ob auch Mic10 auf diese Weise funktioniert. Dafür veränderten sie das Protein so, dass es seinesgleichen nicht mehr binden konnte. Das so manipulierte Mic10 brachten die Forscher in Membranbläschen. „Tatsächlich bildeten die Bläschen keine Einstülpungen mehr“, sagt Barbot. „Die Mic10-Proteine können Membranen also nur falten, wenn sie sich zu mehreren zusammenlagern.“

VERSUCHE IN HEFEZELLEN BESTÄTIGEN ERGEBNISSE
Um herauszufinden, ob Mic10 so auch in lebenden Zellen arbeitet, wiederholten die Wissenschaftler ihre Versuche in Hefezellen. Diese eignen sich für derartige Untersuchungen besonders gut, da sie sich leicht manipulieren lassen und tierischen Zellen sehr ähnlich sind. Die Experimente führten die Wissenschaftler in Zusammenarbeit mit der Forschungsgruppe Struktur und Dynamik von Mitochondrien von Prof. Dr. Stefan Jakobs am Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie in Göttingen durch. Die Beobachtungen aus den Versuchen mit Hefezellen bestätigten die bisherigen Erkenntnisse: Mit verändertem Mic10, das sich nicht mehr mit anderen Mic10-Proteinen zusammenlagern konnte, war die Faltenbildung auch in den Hefe-Mitochondrien gestört. Nur Zellen mit normalem Mic10 hatten natürlich gefaltete Membranen.

Die neuen Erkenntnisse über Mic10 bringen nicht nur Licht ins Dunkel der Mitochondrien. Auch Membranen in anderen Zellbestandteilen zeigen besondere Formen. Meist ist nur wenig darüber bekannt, wie diese zustande kommen. Möglicherweise funktioniert die Faltung dort ähnlich wie im Fall von Mic10 in den Mitochondrien.

WEITERE INFORMATIONEN:
Universitätsmedizin Göttingen, Georg-August-Universität
Institut für Zellbiochemie
Associated Research Group
European Neuroscience Institute Göttingen (ENI-G)
Molecular Membrane Biology
Prof. Dr. Michael Meinecke, Telefon: 0551 / 39-8189
Humboldtallee 23, 37073 Göttingen
michael.meinecke@med.uni-goettingen.de

Stefan Weller | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.universitaetsmedizin-goettingen.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Pflanzen gegen Staunässe schützen
17.10.2017 | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

nachricht Erweiterung des Lichtwegs macht winzige Strukturen in Körperzellen sichtbar
17.10.2017 | Georg-August-Universität Göttingen

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Im Focus: Neutron star merger directly observed for the first time

University of Maryland researchers contribute to historic detection of gravitational waves and light created by event

On August 17, 2017, at 12:41:04 UTC, scientists made the first direct observation of a merger between two neutron stars--the dense, collapsed cores that remain...

Im Focus: Breaking: the first light from two neutron stars merging

Seven new papers describe the first-ever detection of light from a gravitational wave source. The event, caused by two neutron stars colliding and merging together, was dubbed GW170817 because it sent ripples through space-time that reached Earth on 2017 August 17. Around the world, hundreds of excited astronomers mobilized quickly and were able to observe the event using numerous telescopes, providing a wealth of new data.

Previous detections of gravitational waves have all involved the merger of two black holes, a feat that won the 2017 Nobel Prize in Physics earlier this month....

Im Focus: Topologische Isolatoren: Neuer Phasenübergang entdeckt

Physiker des HZB haben an BESSY II Materialien untersucht, die zu den topologischen Isolatoren gehören. Dabei entdeckten sie einen neuen Phasenübergang zwischen zwei unterschiedlichen topologischen Phasen. Eine dieser Phasen ist ferroelektrisch: das bedeutet, dass sich im Material spontan eine elektrische Polarisation ausbildet, die sich durch ein äußeres elektrisches Feld umschalten lässt. Dieses Ergebnis könnte neue Anwendungen wie das Schalten zwischen unterschiedlichen Leitfähigkeiten ermöglichen.

Topologische Isolatoren zeichnen sich dadurch aus, dass sie an ihren Oberflächen Strom sehr gut leiten, während sie im Innern Isolatoren sind. Zu dieser neuen...

Im Focus: Smarte Sensoren für effiziente Prozesse

Materialfehler im Endprodukt können in vielen Industriebereichen zu frühzeitigem Versagen führen und den sicheren Gebrauch der Erzeugnisse massiv beeinträchtigen. Eine Schlüsselrolle im Rahmen der Qualitätssicherung kommt daher intelligenten, zerstörungsfreien Sensorsystemen zu, die es erlauben, Bauteile schnell und kostengünstig zu prüfen, ohne das Material selbst zu beschädigen oder die Oberfläche zu verändern. Experten des Fraunhofer IZFP in Saarbrücken präsentieren vom 7. bis 10. November 2017 auf der Blechexpo in Stuttgart zwei Exponate, die eine schnelle, zuverlässige und automatisierte Materialcharakterisierung und Fehlerbestimmung ermöglichen (Halle 5, Stand 5306).

Bei Verwendung zeitaufwändiger zerstörender Prüfverfahren zieht die Qualitätsprüfung durch die Beschädigung oder Zerstörung der Produkte enorme Kosten nach...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Dezember 2017

17.10.2017 | Veranstaltungen

Intelligente Messmethoden für die Bauwerkssicherheit: Fachtagung „Messen im Bauwesen“ am 14.11.2017

17.10.2017 | Veranstaltungen

Meeresbiologe Mark E. Hay zu Gast bei den "Noblen Gesprächen" am Beutenberg Campus in Jena

16.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

17.10.2017 | Informationstechnologie

Pflanzen gegen Staunässe schützen

17.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Den Trends der Umweltbranche auf der Spur

17.10.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz