Biogenesis of respiratory chain: Rcf1 and Rcf2 as a novel assembly factors

Abstract

Die mitochondriale Atmungskette besteht aus vier Membranproteinkomplexen für den Elektronentransport (Komplex I-IV) und der ATP synthetisierenden F1F0ATPase. Diese Komplexe bilden in der inneren mitochondrialen Membrane Superkomplexes, so genannte Respirasomen. Trotz intensiver Bemühungen seit vielen Jahren die Biogenese und Funktion dieser Strukturen zu verstehen ist, sind viele Fragen noch ungeklärt. Das Ziel dieser Arbeit war es neue Erkenntnisse zur Respirasombildung und deren Rolle für die Zelle zu gewinnen. Mit Hilfe von Affinitätschromatographie wurden die Superkomplexe der Atmungskette aus S. cerevisiae Mitochondrien gereinigt, und neue Faktoren identifiziert und charakterisiert. Rcf1 und Rcf2 wurden als Komplex IV Untereinheiten identifiziert. Während Rcf2 nur in Hefearten gefunden wurde, ist Rcf1 eine konservierte Untereinheit mit zwei humanen Homologen, RCF1a und RCF1b. Hefezellen ohne Rcf1 haben eine reduzierte Cytochrom-c-Oxidase Aktivität und reduziertes Wachstum, vor allem in Hypoxie. Beide Mutanten, rcf1∆ und rcf2∆, haben eine erhöhte Produktion reaktiver Sauerstoffspezies. Rcf1 vermittelt die Oligomerisierung der Atmungskettenkomplexe, im besonderen die Oligomere bestehend aus einem Komplex III Dimer und zwei Komplex IV Monomeren. Des Weiteren wird Rcf1 für die effektive Assemblierung von Cox13 und Rcf2 in die Cytochrom-c-Oxidase benötigt. Die Identifizierung von Rcf1 hat auch gezeigt, dass in Mitochondrien eine heterogene Cytochrom-c-Oxidase Population vorliegt. Die verschiedenen Cytochrom-c-Oxidase Formen unterscheiden sich in der Zusammenstellung der Untereinheiten. Wenigstens zwei Populationen können unterschieden werden: eine Cox13 enthaltende und eine ohne Cox13. Der Verlust der Cox13-enthaltenden Form wurde in rcf1∆ Mitochondrien beobachtet. Beide Formen können in Atmungskettensuperkomplexe integrieren und damit verschiedene Superkomplexe bilden.