Eine Karte der Zellkraftwerke

Freiburger Forscher ermitteln erstmals die vollständige Verteilung der Proteine in den Mitochondrien

23.08.2017 - Deutschland

Mitochondrien wandeln als zelluläre Kraftwerke die in Nahrung gespeicherte Energie so um, dass Zellen sie nutzen können. Ist diese Funktion gestört, kann es zu einer Vielzahl von Erkrankungen kommen, die häufig Organe mit hohem Energieumsatz wie Gehirn oder Herz betreffen. Den Freiburger Arbeitsgruppen um den Biochemieprofessor Chris Meisinger und die Molekularmedizinerin Dr. Nora Vögtle ist es in Zusammenarbeit mit Kolleginnen und Kollegen vom Leibniz-Institut für Analytische Wissenschaften in Dortmund erstmals gelungen, die Eiweiße in den unterschiedlichen Reaktionsräumen der Mitochondrien, den so genannten Subkompartimenten, zu kartieren.

Mitochondrien bestehen aus vier Subkompartimenten: einer äußeren und einer inneren Membran, die jeweils von wässrigen Kompartimenten umgeben sind, dem Intermembranraum und der so genannten Matrix, die den innersten Reaktionsraum bildet. Jedes dieser Subkompartimente besitzt eine eigene Proteinausstattung, um spezifische Funktionen auszuüben. Neben der Energieversorgung erledigen Mitochondrien weitere wichtige Aufgaben im Stoffwechsel, die von Proteinen übernommen werden, beispielsweise das programmierte Sterben von Zellen. Von diesen Proteinen gibt es beim Menschen 1.500 unterschiedliche Spezies, bei der Bäckerhefe, die den Forschenden als Modell gedient hat, sind es 1.000. Für eine große Zahl dieser Proteine war bisher nicht bekannt, in welchem der vier Subkompartimente sie sich genau befinden. Dies ist wichtig, um zum Beispiel die genauen Mechanismen vieler Stoffwechselwege zu verstehen oder um neue Funktionen bislang unbekannter Proteine zu erforschen.

Die Arbeitsgruppen verwendeten isolierte Mitochondrien aus der Bäckerhefe und konnten durch aufwendige biochemische Trennungen der Eiweiße für jedes einzelne Kompartiment die nahezu vollständige Proteinzusammensetzung bestimmen. Hierbei entdeckten die Freiburger Wissenschaftler mehr als 200 weitere Proteine, die die Forschung bislang nicht diesen Mitochondrien zugeschrieben hat. Die veröffentlichte Arbeit soll für die Wissenschaft weltweit eine Grundlage bilden, um möglichen neuen Funktionen der Mitochondrien auf den Grund zu gehen und so zentrale biochemische Vorgänge in einer Zelle sowie die Entstehung vieler Erkrankungen zu verstehen.

Originalveröffentlichung

Vögtle, F.N., Burkhart, J.M., Gonczarowska-Jorge, H., Kücükköse, C., Taskin, A.A., Kopczynski, D., Ahrends, R., Mossmann, D., Sickmann, A., Zahedi, R.P. and Meisinger, C.; "Landscape of submitochondrial protein distribution."; Nature Communications 2017.

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