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Mitochondriale Protein-Translokasen

Folie4Der Transport von Proteinen über biologische Membranen spielt eine zentrale Rolle in einer Vielzahl von biologischen Prozessen, bei der Proteinsekretion von Bakterien sowie beim Transport von Proteinen in Mitochondrien, Chloroplasten und das endoplasmatische Retikulum in Eukaryonten.

Der gegenwärtige Schwerpunkt unserer Arbeiten liegt bei der Aufklärung der Struktur der Translokationsmaschinerie der Außenmembran von Mitochondrien (TOM) und der Mechanismen des Transfers von Proteinen über die mitochondriale Außenmembran.

Besonderes Interesse gilt der Strukturbestimmung mittels elektronenmikroskopischer Methoden, der Visualisierung von Präproteinen beim Durchtritt durch die Translokationsporen des TOM-Komplexes und die Auflösung von Konformationsänderungen des Komplexes während des Präproteintransfers. Mit der Dissektion des Importprozesses in einzelne Schritte untersuchen wir den Mechanismus der Translokation von Präproteinen durch die Nanoporen des TOM-Komplexes.

Bisherige biochemische und genetische Untersuchungen zum Import von ProteinenFolie3 aus dem Cytosol in die Mitochondrien haben zur Identifizierung der Proteintranslokase der Außenmembran des Mitochondrium geführt.
In Neurospora crassa und in Saccharomyces cerevisiae wurde ein Komplex definiert, bestehend aus sieben Komponenten. Die dreidimensionale Rekonstruktion von TOM-Holo-Komplex Einzelpartikeln mit Hilfe elektronentomographischer und bildverarbeitender Verfahren verschaffte einen Einblick in die molekulare Architektur des TOM-Komplexes bei einer Auflösung von etwa 24 Å. Der TOM-Core Komplex, bei dem zwei Rezeptoren entfernt sind, hat eine Doppelringstruktur mit einer Breite und Länge in der Membran von 130 Å und 80 Å. Er bildet zwei hydrophile offene Poren mit Durchmessern von etwa 25 Å und Höhen von etwa 70 Å. Die Translokationszeit für kurze Signalpeptide durch diese Poren liegt im Bereich weniger hundert Mikrosekunden.

Ausgewählte Publikationen:

  • Mahendran, K.R., Romero-Ruiz, M., Schlösinger, A., Winterhalter, M., & Nussberger, S. Protein translocation through TOM40: Kinetics of peptide release. Biophys. J., 102:39-47 (2012)
  • Gessmann, D., Flinner, N., Pfannstiel, J., Schlösinger, A., Schleiff, E., Nussberger, S., & Mirus, O. Structural elements of the mitochondrial preprotein-conducting channel Tom40 dissolved by bioinformatics and mass spectrometry. Biochim. Biophys. Acta - Bioenergetics, 1807:1647-1657 (2011)
  • Mager, F., Gessmann, D., Nussberger, S. & Zeth, K. Functional refolding and characterization of two Tom40 isoforms from human mitochondria. J. Membr. Biol., 242: 11-21 (2011)
  • Mager, F., Sokolova, L., Lintzel, J., Brutschy, B., & Nussberger, S. LILBID-mass spectrometry of the mitochondrial preprotein translocase TOM. J. Physics Condensed Matter, 22: 454132 (7pp) (2010).
  • Romero-Ruiz, M., Mahendran, K.R., Eckert, R., Winterhalter, M., & Nussberger, S. Interactions of mitochondrial presequence peptides with the mitochondrial outer membrane preprotein translocase TOM. Biophys. J., 99: 774-81 (2010).
  • Poynor, M., Eckert, R. & Nussberger, S. Dynamics of the preprotein translocation channel of the outer membrane of mitochondria. Biophys. J., 95:1511-22 (2008).
  • Nussberger, S. & Neupert, W.: The preprotein translocation channel of the outer membrane ofmitochondria. In: Structure and Dynamics of Confined Polymers, Kasianowicz J.J. et al. eds., NATO Science Series, Kluwer Academic Publishers. Dordrecht, Boston, London, Vol. 87, 67-84 (2002).
  • Ahting, U., Thieffry, M., Engelhardt, H., Hegerl, R., Neupert, W. & Nussberger, S.: Tom40, the main component of the protein conducting TOM channel in the outer membrane of mitochondria. J. Cell Biol. 153, 1151-1160 (2001).
  • Ahting, U., Thun, C., Hegerl, R., Typke, D., Nargang, F.E., Neupert, W., & Nussberger, S. : The TOM core complex: The general protein import pore of the outer membrane of mitochondria. J. Cell Biol. 147, 959-968 (1999)
  • Künkele, K.P., Heins, S., Dembowski, M., Nargang, F.E., Benz, R., Thieffry, M., Lill, R., Nussberger, S., & Neupert, W.: The preprotein translocation channel of the outer membrane of mitochondria. Cell 93, 1009-1019 (1998).