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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-80891
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/8089/


Bender, Tom

Die kooperative Wirkungsweise von Faltungshelferproteinen und Proteasen bei der Proteinqualitätskontrolle in Mitochondrien

The cooperative action of chaperones and proteases during protein quality control in mitochondria

Dokument1.pdf (17.449 KB) (md5sum: 6fe413d258c620378aeb046de6d9a891)

Kurzfassung in Deutsch

Mitochondrien sind essenzielle Organellen, die für eine Reihe von wichtigen Stoffwechselwegen verantwortlich sind. Als Ort der zellulären Atmung produziert die mitochondriale Atmungskette stetig reaktive Sauerstoffmetaboliten, die zelluläre Makromoleküle, insbesondere Proteine, schädigen. Um die funktionelle Integrität der mitochondrialen Proteine zu bewahren, existieren eine Reihe von molekularen Chaperonen, die Proteine vor Fehlfaltung zu schützen, und Proteasen, die geschädigte Proteine abbauen. Diese Vorgänge werden auch als Proteinqualitätskontrolle bezeichnet. Während die einzelnen mitochondrialen Chaperone und Proteasen sowie ihre Wirkungsweise relativ gut erforscht sind, bleiben zwei zentrale Fragen offen. Zum einen fehlen Informationen über das spezifische Verhalten endogener Proteine unter Stressbedingungen, und auch darüber, welche Maßnahmen von Seiten der Proteinqualitätskontrolle notwendig sind, um diese Proteine im funktionalen Zustand zu halten. Zum anderen ist das Zusammenspiel der einzelnen Chaperone und Proteasen in vivo interessant.
Um diese Fragen zu untersuchen, wurden zunächst mit proteomischen Methoden diejenigen endogenen mitochondrialen Proteine identifiziert, die entweder bei Hitzestress aggregieren, oder durch Behandlung mit Oxidantien geschädigt werden, so dass sie abgebaut werden müssen. Dadurch ergab sich ein umfassendes Bild, wie sich diese Stressbedingungen auf die mitochondriale Homöostase auswirken. Insbesondere Enzyme des Zitratzyklus und der Aminosäurebiosynthese aggregierten bei Hitze. Anschließend wurde die Degradation bzw. die Aggregation einiger endogener Modellproteine in intakten Mitochondrien untersucht, sowie diejenigen Komponenten der Proteinqualitätskontrolle bestimmt, die Einfluss auf die Aggregation eines Proteins haben. Überraschenderweise ist bei Hitzestress nur die ATP-abhängige Protease Pim1 in der Lage, durch Degradation gefährdeter Proteine eine massive Aggregation zu verhindern. Schließlich wurde als Beispiel für eine funktionelle Kooperation verschiedener Komponenten der Einfluss des Chaperons Hsp78 auf die Pim1-vermittelte Degradation untersucht, wobei sich ergab, dass Hsp78 die Degradationsrate konzentrationsabhängig moduliert.


Kurzfassung in Englisch

Mitochondria are essential organelles that are responsible for a number of important metabolic pathways. As the site of cellular respiration, the respiratory chain continuously produces reactive oxygen species that damage cellular macromolecules, especially proteins. To preserve the functional integrity of mitochondrial proteins, a number of molecular chaperones, protecting proteins from misfolding, and proteases, degrading damaged proteins, exist. These activities are also termed protein quality control. While the particular molecular chaperones and proteases are relatively well-studied, two key questions remain open. On one hand, informations about the specific behavior of endeogenous proteins under stress conditions, as well as informations about which countermeasures by the protein quality control are necessary to keep proteins in the functional state, are missing. On the other hand, the cooperation of particular chaperones and proteases in vivo is interesting.
To study these questions, at first those endogenous mitochondrial proteins were identified by proteomic methods which either aggregate during heat stress or are damaged by oxydants so that they must be destroyed. By this, a comprehensive picture on how these stress conditions affect mitochondrial homeostasis was obtained. Especially enzymes of the citric acid cycle and of amino acid biosynthesis aggregated during heat. Subsequently, the degradation and the aggregation of several endogenous model proteins in intact mitochondria was studied, and those components of protein quality control were determined that influence a protein's aggregation. Surprisingly, during heat stress only the ATP-dependent protease Pim1 is capable to prevent massive aggregation of endangered proteins. Finally, as an example for the functional cooperation of different components, the influence of the chaperone Hsp78 on Pim1-mediated degradation was investigated, revealing that Hsp78 modulates the rate of degradation dependent on its concentration.


SWD-Schlagwörter: Mitochondrium , Polypeptidketten bindende Proteine , ATP-abhängige Proteasen , Oxidativer Stress , Hitzestress , Hitzeschock-Proteine
Freie Schlagwörter (englisch): mitochondria , molecular chaperones , ATP-dependent proteases , oxidative stress , heat stress
Institut: Inst. für Biochemie und Molekularbiologie
Fakultät: Fakultät für Biologie
DDC-Sachgruppe: Biowissenschaften, Biologie
Dokumentart: Dissertation
Erstgutachter: Voos, Wolfgang (Prof. Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 29.04.2011
Erstellungsjahr: 2011
Publikationsdatum: 19.05.2011
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