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Structural and Functional Analysis of the Mitochondrial Presequence Translocase

dc.contributor.advisorRehling, Peter Prof. Dr.de
dc.contributor.authorLytovchenko, Oleksandrde
dc.date.accessioned2012-09-14T18:35:54Zde
dc.date.accessioned2013-01-18T14:28:48Zde
dc.date.available2013-08-07T22:50:04Zde
dc.date.issued2012-09-14de
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-000D-F0BD-5de
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.53846/goediss-3300
dc.description.abstractDas mitochondriale Poteom der Hefe Saccharomyces cerevisiae setzt sich aus annähernd 1000 Proteinen zusammen, deren Großteil durch zytosolische Ribosomen synthetisiert wird. Daher sind spezialisierte Transportsysteme nötig, um diese Proteine an ihren Zielort zu leiten. Der TIM23-Komplex ist eine in der inneren Mitochondrienmembran liegende Proteintranslokase und verantwortlich für den Transport von Proteinen mit N-terminalem targeting signal bzw. Präsequenz. Die Erkennung dieser Präsequenz durch Einheiten der Translokase löst eine Reihe von Ereignissen aus, welche signifikante Umformungen innerhalb des Komplexes bewirken, sodass das Protein schließlich in die Matrix entlassen oder in die innere Mitochondrienmembran integriert wird. Untersuchungen der hier beteiligten Proteininteraktionen, besonders während der ersten Schritte, sind jedoch noch ungenügend für ein unstrittiges Modell des TIM23-Mechanismus. In dieser Arbeit wurden die dynamischen Veränderungen der Translokase in Abhängigkeit von Präsequenzen untersucht, wobei Interaktionspartner von Tim50, einer wichtigen TIM23-Komponente, im Mittelpunkt standen. Mit Hilfe einer cross-linking-Methode konnte eine bisher unbekannte Interaktion zwischen Tim50 und Tim21 gezeigt werden, die nach Anfügen einer Präsequenz verschwand. Ko-Immunopräzipitationsexperimente zeigen einen Zusammenhang zwischen dieser neuentdeckten Interaktion und dem Umschalten der Isoformen der Translokase. Folglich scheinen Tim21 und Tim50 hochdynamische Einheiten der TIM23-Translokase zu sein. Ein Gesamtverständnis des Proteintransports durch die Präsequenz-Translokase ist jedoch ohne strukturelle Untersuchungen nicht möglich. Daher war eines der Ziele dieser Arbeit, mit Hilfe von single particle-Elektronenmikroskopie die Struktur des TIM23-Komplexes zu lösen. Dies war jedoch nicht möglich, da das verwendete, für die Stabilität von TIM23 wichtige Detergenz, Digitonin, ein zu starkes Hintergrundsignal verursachte. Trotzdem können wir hier eine nierdrigaufgelöste Struktur eines negative stained TOM-TIM-Superkomplexes und dessen 3D-Rekonstruktion zeigen, wodurch neue Einblicke in die Organisation der Struktur der mitochondrialen Translokationsmaschinerie ermöglicht werden. Zusammenfassend leisten unsere Ergebnisse einen Beitrag zum Verständnis der Präsequenz-Import-Mechanismen und bilden eine Grundlage für weitere strukturelle Untersuchungen der TIM23-Translokase.de
dc.format.mimetypeapplication/pdfde
dc.language.isoengde
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/de
dc.titleStructural and Functional Analysis of the Mitochondrial Presequence Translocasede
dc.typedoctoralThesisde
dc.title.translatedStrukturelle und funktionelle Analyse der Präsequenz-spezifischen mitochondriellen Translokasede
dc.contributor.refereeRehling, Peter Prof. Dr.de
dc.date.examination2012-08-07de
dc.subject.dnb570 Biowissenschaftende
dc.subject.dnbBiologiede
dc.subject.gokRA 000de
dc.description.abstractengThe yeast, Saccharomyces cerevisiae, mitochondrial proteome consists of approximately 1000 proteins, most of which are synthesized on cytosolic ribosomes and therefore require specialized transport systems to reach their final destinations. The TIM23 complex is a protein translocase localized to the inner mitochondrial membrane and responsible for transporting proteins containing N-terminal targeting signals, referred to as presequences. Presequence recognition by components of the translocase triggers a sequence of events, which cause significant rearrangements within the complex, leading to protein release into the mitochondrial matrix or its insertion into the inner mitochondrial membrane. Protein interactions involved in this pathway, especially at its early stages, are not studied thoroughly enough to create a non-controversial TIM23 mechanistic model. In this study, the dynamics of the translocase in response to presequences was investigated, focusing primarily on interaction partners of Tim50, an essential TIM23 component. Using a cross-linking approach, we identified a previously unknown interaction between Tim50 and Tim21, which was lost after presequence addition. Co-immunoprecipitation experiments connect the loss of this newly identified interaction to translocase isoform switching and concomitantly suggest Tim21 and Tim50 to be highly dynamic components of the TIM23 translocase. A comprehensive understanding of protein transport via the presequence translocase is not possible without its structural characterization. One of the goals of this study was to obtain the structure of the TIM23 complex by means of single particle electron microscopy. The achievement of this goal was not possible, due to strong background signal caused by the detergent digitonin, required to maintain TIM23 stability. However, here we present a low-resolution structure of a negatively stained TOM-TIM supercomplex and its 3D reconstruction, providing novel insights into structural organization of the mitochondrial translocation machinery. Together, our data contribute to the understanding of the mitochondrial presequence import pathway and provide a basis for further structural investigation of the TIM23 translocase.de
dc.contributor.coRefereeStark, Holger Prof. Dr.de
dc.contributor.thirdRefereeFasshauer, Dirk Prof. Dr.de
dc.subject.topicGöttingen Graduate School for Neurosciences and Molecular Biosciences (GGNB)de
dc.subject.gerMitochondriende
dc.subject.gerTIM23de
dc.subject.gerPräsequenz-Translokasede
dc.subject.gerElektronenmikroskopiede
dc.subject.gerTim21de
dc.subject.gerTim50de
dc.subject.engMitochondriade
dc.subject.engTIM23de
dc.subject.engpresequence translocasede
dc.subject.engelectron microscopyde
dc.subject.engTim21de
dc.subject.engTim50de
dc.subject.bk35.70de
dc.identifier.urnurn:nbn:de:gbv:7-webdoc-3692-7de
dc.identifier.purlwebdoc-3692de
dc.affiliation.instituteGöttinger Graduiertenschule für Neurowissenschaften und Molekulare Biowissenschaften (GGNB)de
dc.description.embargoed2013-02-07de
dc.identifier.ppn77352889X


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