Helfer beim Proteintransport in der Zelle

Die mikroskopische Aufnahme zeigt Mitochondrien in der Hefezelle, die durch eine

Die mikroskopische Aufnahme zeigt Mitochondrien in der Hefezelle, die durch einen fluoreszierenden Farbstoff markiert wurden. Quelle: ’ukasz Opali’ski, Arbeitsgruppe Becker

Freiburger Forscher entdecken, wie Proteine zu den Kraftwerken der Zelle befördert werden

Die mikroskopische Aufnahme zeigt Mitochondrien in der Hefezelle, die durch einen fluoreszierenden Farbstoff markiert wurden. Quelle: ’ukasz Opali’ski, Arbeitsgruppe Becker

Die Arbeitsgruppen von Privatdozent Dr. Thomas Becker und Nikolaus Pfanner haben gemeinsam mit weiteren Kolleginnen und Kollegen einen Mechanismus entdeckt, wie innerhalb einer Zelle Proteine zu den Mitochondrien transportiert werden. Die Forscherinnen und Forscher haben die Ergebnisse in der Fachzeitschrift ,,Cell Reports" publiziert.

Mitochondrien führen zahlreiche lebensnotwendige Prozesse aus und produzieren die Energie für den Zellstoffwechsel, weshalb sie auch als Kraftwerke der Zelle bezeichnet werden. Defekte in der Bildung und Funktion der Mitochondrien können zu schweren Erkrankungen des Nervensystems oder des Herzens führen. Um ihre Funktionen ausführen zu können, sind Mitochondrien auf den Import von etwa 1.000 verschiedenen Proteinen aus dem Cytosol, der Zellflüssigkeit, angewiesen. Im Cytosol werden die mitochondrialen Proteine als Vorstufen an den Ribosomen, den Eiweißproduzenten der Zelle, hergestellt. Molekulare Anstandsdamen, die so genannten Chaperone, geleiten die Vorstufenproteine von dem Ribosom zu den Mitochondrien. Chaperone spielen in der Zelle eine zentrale Rolle, indem sie anderen Proteinen dabei helfen, sich in die passende dreidimensioniale Struktur zu falten. Sie werden vermehrt unter Hitzestress gebildet, weshalb sie auch als Hitzeschockproteine (Hsp) bezeichnet werden. Eine wichtige Rolle für den Transport von Vorstufenproteinen zu Mitochondrien spielen die Hsp70-Chaperone.

Die Translokase der äußeren Membran der Mitochondrien bildet die Eintrittspforte für die Vorstufenproteine. Dieser so genannte TOM-Komplex enthält verschiedene Rezeptorproteine wie Tom22 und Tom70, um die Vorstufenproteine zu erkennen. Wie Vorstufenproteine von Hsp70-Chaperonen spezifisch zu den einzelnen Rezeptorproteinen des TOM-Komplexes gebracht werden, war nur wenig erforscht.

In einer Kooperation zwischen dem Sonderforschungsbereich  ,,Funktionelle Spezifität durch Kopplung und Modifikation von Proteinen", dem Graduiertenkolleg ,,Transport über und in Membranen" und dem Exzellenzcluster BIOSS Center for Biological Signalling Studies haben Forscherinnen und Forscher der Universität Freiburg die Rolle von J-Proteinen, den Helfern von Hsp70-Chaperonen, im Proteintransport zu den Mitochondrien analysiert. Der Postdoktorand ?ukasz Opali’ski aus der Arbeitsgruppe von Thomas Becker hat eine Funktion des J-Proteins Xdj1 im Proteintransport zu den Mitochondrien nachgewiesen. In Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe von Bettina Warscheid konnte gezeigt werden, dass Xdj1 an den Tom22-Rezeptor bindet. Dadurch vermittelt Xdj1 die Übergabe von Vorstufenproteinen von cytosolischen Chaperonen zum TOM-Komplex und leitet so den Import in die Mitochondrien ein. Zudem bindet ein zweites J-Protein, Djp1, an einen anderen Rezeptor des TOM-Komplexes, Tom70. Somit interagieren zwei cytosolische J-Proteine mit verschiedenen Rezeptorproteinen, um Proteine zu den Mitochondrien zu transportieren.

Die Ergebnisse der Arbeit zeigen damit, dass zwei cytosolische J-Proteine entscheidend für den selektiven Transport von Vorstufenproteinen zu den Rezeptoren der Zellkraftwerke sind. 

Orginalveröffentlichung:
Opali’ski, ’., Song, J., Priesnitz, C., Wenz, L.S., Oeljeklaus, S., Warscheid, B., Pfanner, N. and Becker, T. (2018) Recruitment of cytosolic J-proteins by TOM receptors promotes mitochondrial protein biogenesis. Cell Rep. in press