Schaltstellen in den Kraftwerken der Zelle

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Universität Freiburg um Dr. Martin van der Laan ist es gelungen, grundlegende neue Einsichten in den Aufbau von Mitochondrien zu gewinnen.

Mitochondrien sind die mikroskopisch kleinen Kraftwerke der Zelle, die in der Nahrung gespeicherte Energie nutzbar machen und so zentrale Lebensvorgänge ermöglichen. Diese Energieumwandlung findet an filigran geformten Einstülpungen der biologischen Membranen im Inneren der Mitochondrien statt.

Defekte dieser feinen Membranstrukturen können zu schweren Erkrankungen der Muskulatur und des zentralen Nervensystems führen. Bestimmte molekulare Maschinen in der Innenmembran, die das Freiburger Team bereits 2011 entdeckte, sind nicht nur für den Aufbau dieser inneren Struktur zuständig, sondern spielen auch eine wichtige Rolle beim Zusammenbau der äußeren Hüllmembran von Mitochondrien, berichten die Wissenschaftler in der angesehenen Fachzeitschrift Molecular Biology of the Cell.

Die untersuchten Maschinen sind für die Aufrechterhaltung der charakteristischen Architektur im Inneren der Mitochondrien entscheidend und erhielten daher den Namen „Mitochondrial Inner Membrane Organizing System“ (MINOS). In ihrer neuesten Studie hat die Arbeitsgruppe zusammen mit Kolleginnen und Kollegen aus Graz/Österreich, Warschau/Polen und Groningen/Niederlande nun gezeigt, dass die Funktion von MINOS für die Entstehung der mitochondrialen Architektur weit über das bisher angenommene Maß hinaus geht. In einer Zusammenarbeit des Sonderforschungsbereichs 746 und des Exzellenzclusters Centre for Biological Signalling Studies (BIOSS) fanden Dr. Maria Bohnert, Lena-Sophie Wenz und Ralf Zerbes heraus, auf welche Weise MINOS die verschiedenen Membransysteme der Mitochondrien miteinander verbindet.

Eine zentrale Rolle spielen die Membrankomplexe SAM und TOM. Mittels tunnelförmiger Strukturen transportieren sie Proteine in das Mitochondrium und bauen sie anschließend in die äußere Membran ein. Die Studie der Freiburger Wissenschaftler hat nun gezeigt, dass der Baustein Fcj1 von MINOS an diesem für das Überleben der Zellen essenziellen Vorgang unmittelbar beteiligt ist, ein Protein aus der Familie der Mitofiline.

Die Inaktivierung von Fcj1 blockiert den Einbau von Proteinen in die mitochondriale Außenmembran. Diese Ergebnisse zeigen, wie molekulare Schaltstellen zwischen mitochondrialen Membranen den Zusammenbau und die Funktion der zellulären Kraftwerke steuern. Die neu gewonnenen Einsichten tragen dazu bei, die Grundlagen der Architektur von Mitochondrien besser zu verstehen. In Zukunft könnten sie helfen, Krankheitsmechanismen zu entschlüsseln und zu beeinflussen, die mit einer veränderten Feinstruktur der Mitochondrien in Zusammenhang stehen.

Originalveröffentlichung:
Bohnert M, Wenz LS, Zerbes RM, Horvath SE, Stroud DA, von der Malsburg K, Müller JM, Oeljeklaus S, Perschil I, Warscheid B, Chacinska A, Veenhuis M, van der Klei IJ, Daum G, Wiedemann N, Becker T, Pfanner N, van der Laan M: „Role of MINOS in protein biogenesis of the mitochondrial outer membrane“, in: Molecular Biology of the Cell, published online August 23, 2012.

http://www.molbiolcell.org/content/early/2012/08/20/mbc.E12-04-0295

Kontakt:
PD Dr. Martin van der Laan
Institut für Biochemie und Molekularbiologie
Sonderforschungsbereich 746
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
Tel.: 0761/203-5270
E-Mail: martin.van.der.laan@biochemie.uni-freiburg.de