Molekulare Charakerisierung mitochondrieller Ionenkanäle

Die herausragende Fähigkeit der Mitochondrien in der Regulation lebens-wichtiger zellulärer Prozesse, wie Zellstoffwechselvorgänge, Signaltransduktion, Ionenregulation und Energieproduction, ist in erster Linie abhängig von der Funktion wichtiger mitochondrieller Membranproteine, wobei die mitochondriellen Transporterproteine der SLC25 Familie eine funda-mentale Rolle zukommt. Sie kontrollieren den Austausch wichtiger löslicher Substrate und Ionen zwischen dem Cytosol und den Mitochondrien. Interessanterweise konnte für einige dieser SLC25 Proteine gezeigt werden, dass sie Teil von Multiproteinkomplexen mit Ionenkanalaktivität sein können, und sich damit aktiv in der Funktion dieser mitochondriellen Ionenkanäle beteiligen. Zu diesen Proteinen gehören der Phosphat Carrier, der ADP/ATP Austauscher, welche als Untereinheit der sog. Permeability Transition Pore (mPTP) fungieren, welche wiederum im Ca2+-abhängigen Zelltod involviert ist, und die Uncoupling Proteine 2 und 3, die aktive Bestandteile des mitochondriellen Ca2+ Uniporters darstellen. Trotz dieser Erkenntnisse ist die vollständige Zusammensetzung der beiden mitochondriellen Ionenkanäle nicht bekannt und die Erforschung der beiden Multiproteinkomplexe ist Bestand dieser Projektbeschreibung. Im Arbeitspaket A, welches in der Gruppe von Prof. Andrew Emili an der Universität von Toronto durchgeführt wird, wird mittels proteomanalytischer Methoden die molekulare Zusammensetzung der beiden Ionenkanäle untersucht, wobei neueste und technisch ausgefeilte Arbeitsweisen, wie Tandem Affinitätsreinigung und massenspektroskopische (MS) Proteinanalysen zur Anwendung kommen werden. Mittels de novo-Sequenzierung der Proteine und deren Bindungspartner während der MS-Analyse erhält man Informationen über die Proteinzusammensetzung der Komplexe als auch von post-translationellen Modifikationen der Kanaluntereinheiten, die einerseits die Kanalaktivitäten als auch die Protein-Protein Affinitäten maßgeblich beeinflussen können. Arbeitspaket B, welches während der Kückkehrphase in der Gruppe von Prof. W.F. Graier and der Medizinischen Universität Graz durchgeführt wird, beinhaltet die funktionelle Untersuchung des MCU und der mPTP im Hinblick auf unterschiedliche Proteinexpression der Ionenkanal-Proteineinheiten, die mittels genetischer Manipulation in Zellmodellen reguliert wird. Die im Zuge des Projektes erzielten Ergebnisse werden entscheidende Informationen bezüglich der molekulare Zusammensetzung und Modifikationen bedeutender mitochondrieller Ionenkanäle liefern, die in weiterer Folge substanziell zur Aufklärung und Diagnose von Krankheiten beitragen können, die auf eine Fehlfunktion dieser Ionenkanäle zurückzuführen sind, wie kardiovaskuläre und neuro-degenerative Erkrankungen, Diabetes oder Krebs.