Mitochondrialer K+/H+ Austauscher

Kalium (K+) ist das häufigste Ion in Zellen. Es hat eine Tendenz, in die stark negativ geladenen Mitochondrien einzusickern und dadurch deren Schwellen und Zerreißen zu bewirken. Um diese Schäden zu verhindern, wird die Existenz eines K+/H+ Austauschsystems angenommen. Viele physiologische Studien stützen dieses Modell, aber experimentelle Evidenz dafür ist schwach, insbesondere weil kein Gen dieses Systems identifiziert werden konnte. Wir haben nun erstmals ein solches Gen (MKH1) der Hefe und des Menschen isoliert und damit eine neuen Zugang zum Studium der K+ Homeostasis geschaffen. Dieses Vorhaben hat drei Ziele. Erstens wollen wir am Modellorganismus Bäckerhefedid Funktion des MKH1 Proteins weiter characterisieren, die molekulare Zusammensetzung des K+/H+ Austauschsystems beschreiben und neue Gene der K+ Homeostasis identifizieren. Zweitens werden wir die Rolle der mitochondrialen K+ Homeostasis für die Initiation des programmierten Tod humaner Zellen(Apoptosis) studieren. Wir haben erstmals diesen Zusammenhang ebeobachtet, nachdem wir mit genetischen Mitteln den Verlust von MKH1 hebeiführten. Dieser genetische Ansatz ist neu und ermöglicht uns einen einmaligen Zugang zur Frage nach der Rolle der Mitochondrien im Prozess der Apoptosis. Drittens werden wir an humanen Zellkulturen Effekte der (hemizygoten) Wolf-Hirschhorn-Deletion, die MKH mit einschließt, auf mitochondriale K+ Homeostasis untersuchen und damit möglicherweise unser Verständnis des Phänotyps dieser genetische Erkrankung fördern

MITOCHONDRIEN MIT FUNKTIONELLEN UND/ODER MORPHOLOGISCHEN DEFEKTEN WERDEN INNERHALB DER ZELLE ÜBER EINEN PROZESS DER SELEKTIVEN AUTOPHAGIE (`MITOPHAGIE`) IN DER VAKUOLE (PILZE) ODER IM LYSOSOM (MAMMALIA) ABGEBAUT. BEI DRAMATISCHEN SCHÄDEN DER MITOCHONDRIEN DÜRFTE DIE MITOPHAGIE IN APOPTOSIS (PROGRAMMIERTER ZELLTOD) ÜBERGEHEN. DEN BISHER NUR IM ANSATZ BEKANNTEN VORGANG DER MITOPHAGIE HABEN WIR ERSTMALS DURCH DEPLETION EINES PROTEINS DER MITOCHONDRIEN UND DIE VERWENDUNG NEUER INDIKATOREN DETAILLIERT DOKUMENTIEREN KÖNNEN: ABSCHALTEN DER SYNTHESE DES GENES DER BÄCKERHEFE YOL027 (MDM38, KOMPONENTE DES MITOCHONDRIALEN K+/H+ AUSTAUSCHERS) FÜHRT ZUR AKKUMULATION VON K+ (UND WASSER), UND DAMIT ZUR SCHWELLUNG DER MITOCHONDRIEN. ALS FOLGE ZERFÄLLT DAS MITOCHONDRIALE NETZWERK IN BRUCHSTÜCKE, DIE IN DIE VAKUOLEN AUFGENOMMEN UND DORT ABGEBAUT WERDEN. ÄHNLICHE STUDIEN MIT DEM MDM38-HOMOLOGEN PROTEIN HUMANER ZELLEN (LETM1) ZEIGEN DEN VERDAU DER MITOCHONDRIEN IN LYSOSOMEN, ABER AUCH EINE ERHÖHTE RATE DES PROGRAMMIERTEN ZELLTODES. UNSER EXPERIMENTELLER ANSATZ ERLAUBT ERSTMALS, MITOPHAGIE OHNE BETEILIGUNG DER ALLGEMEINEN, ZELLULÄREN AUTOPHAGIE ZU INDUZIEREN. ER STELLT EINE HERVORRAGENDE BASIS FÜR DIE IDENTIFIZIERUNG VON GENEN UND PROTEINEN DAR, DIE DIESEN PROZESS STEUERN.