Anschlussprojekte | Sonderprojekte

Förderbeginn 01.07.2007

Mitochondriale Proteintransportmaschinerien parasitischer Protozoen

Dr. Marcel Deponte
Ludwig-Maximilians-Universität München
Institut für physiologische Chemie

Prof. Dr. Walter Neupert
Ludwig-Maximilians-Universität München
Institut für physiologische Chemie

Prof. Dr. Larry Simpson
University of California, Los Angeles (UCLA)
David Geffen School of Medicine, Dept. of Microbiology, Immunology and Mol. Gen


Mitochondrien parasitischer Protozoen unterscheiden sich deutlich von den Mitochondrien höherer Eukaryoten was Morphologie, Stoffwechsel und Funktion anbelangt. Untersuchungen in silico deuten darauf hin, dass viele Komponenten der kanonischen mitochondrialen Proteintransportmaschinerien aus Hefe und Säugetieren in einzelligen Parasiten entweder nicht vorhanden oder deutlich verändert sind. Wir wollen die Proteintransportmaschinerien in Leishmanien untersuchen, um mehr über die Evolution der Transportmechanismen sowie Struktur-Funktionszusammenhänge der beteiligten Komponenten zu lernen. Unterschiede zwischen den Maschinerien aus Säugern und Parasiten könnten z.B. zur Identifizierung neuer Ansatzpunkte für die Medikamentenentwicklung führen. Unser erstes Ziel ist deshalb, die Reinigung von Mitochondrien des Parasiten Leishmania tarentolae im großen Maßstab zu etablieren. Hierbei soll mit Hilfe von BaCaTeC das Wissen aus den Arbeitskreisen von Prof. Simpson an der UCLA und Prof. Neupert an der LMU kombiniert werden.

Abschlussbericht
Im Sept. 2007 sowie Aug. 2008 verbrachte ich zwei von BaCaTeC geförderte Forschungsaufenthalte in Larry Simpsons Labor an der UCLA. Im Rahmen dieser Forschungsaufenthalte gelang es mir das Know-how zur Isolierung von Mitochondrien des Kinetoplastiden-Modellorganismus Leishmania tarentolae an meine Nachwuchsgruppe an die LMU in München zu transferieren. Das erlangte Know-how stellte sich als hervorragender Ausgangspunkt für weiterführende Studien zum mitochondrialen Proteinimport heraus. Diese Studien wurden sowohl durch die DFG (Anträge DE1431/2-1 und 2-2) als auch die Friedrich-Baur-Stiftung gefördert. Seit 2010 wird das Projekt in meiner Arbeitsgruppe am Dept. für Parasitologie in Heidelberg weitergeführt. Aus den Studien gingen bisher folgende Veröffentlichungen hervor: Eine Schlüsselpublikation zum mitochondrialen Proteinimport parasitischer Protisten im Jahr 2012 (1), zwei folgende Originalartikel im Jahr 2012 bzw. 2013 (2,3) sowie zwei Übersichtsartikel im Jahr 2009 bzw. 2012 (4,5). Zusammenfassend konnten wir Leishmania tarentolae als Modellorganismus zur umfassenden Analyse des Proteinimports in alle vier mitochondrialen Kompartimente etablieren. Mit Hilfe dieses Systems konnten wir zeigen, dass eine Vielzahl mitochondrialer Proteintransportwege unter Eukaryoten funktionell konserviert ist, obwohl die Zusammensetzung der Importmaschinerien äußerst divers ist. Anders ausgedrückt sind die Importsignale verschiedener Proteinklassen im Verlaufe der Evolution hinreichend konserviert, wohingegen die Proteinrezeptoren und Importmaschinerien selbst drastischen Veränderungen unterlagen. Diese Ergebnisse haben wichtige Konsequenzen. Erstens können die allgemein akzeptierten Modelle der mitochondrialen Importmaschinerien der Opisthokonten (einer großer Eukaryotengruppe die sowohl Hefe als auch alle Tiere umfasst) nicht einfach auf andere große Eukaryotengruppen (die u.a. wichtige Parasiten beinhalten) übertragen werden. Zweitens sind die veränderten oder alternativen Proteinimportmaschinerien parasitischer Protisten ggf. als Ausgangspunkt für die Entwicklung spezifischer Hemmstoffe geeignet.

Heidelberg, 30. Juli 2013, Marcel Deponte

(1) Eckers E, Cyrklaff M, Simpson L, and Deponte M. (2012) Mitochondrial protein import pathways are functionally conserved among eukaryotes despite compositional diversity of the import machineries. Biol. Chem. 393:513-24.
(2) Eckers E, Petrungaro C, Groß D, Riemer J, Hell K, and Deponte M. (2013) Divergent molecular evolution of the mitochondrial sulfhydryl:cytochrome c oxidoreductase Erv in opisthokonts and parasitic protists. J. Biol. Chem. 288:2676-88.
(3) Eckers E and Deponte M. (2012) No need for labels: The autofluorescence of Leishmania tarentolae mitochondria and the necessity of negative controls. PLOS ONE 7:e47641.
(4) Deponte M and Hell K. (2009) Disulphide bond formation in the intermembrane space of mitochondria. J. Biochem. 146:599-608.
(5) Deponte M*, Hoppe HC*, Lee M*, Maier AG*, Richard D*, Rug M*, Spielmann T*, and Przyborski JM*. (2012) Wherever I may roam: Protein and membrane trafficking in P. falciparum-infected red blood cells. Mol. Biochem. Parasitol. 186:95-116.