Zelluläre Antwort auf mitochondrialen Stress infolge einer Nonsense-Mutation in der Cytochrom-c-Oxidase Untereinheit 1 (COX1) in humanen Cybridzellen

Autor:
Bieling, Angela
ISBN
978-3-86359-075-8
39,00 €
Inkl. 7% MwSt.
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Quick Overview

Punktmutationen in der mitochondrialen DNA führen zur Bildung defekter Proteine undfolglich zu Atmungskettendefekten, welche verschiedenste Erkrankungen im Menschenverursachen. Bisher wurde angenommen, dass mutierte Proteine nicht in die Atmungskettenkomplexeeingebaut werden können und durch mitochondriale Qualitätskontrollproteasenabgebaut werden. Um die Mechanismen des selektiven Proteinabbaus undder mitochondrialen Stressantwort detaillierter zu verstehen, wurde eine Cybridzellliniemit einer G6930A Punktmutation in der Cytochrom-c-Oxidase Untereinheit 1 des KomplexIV untersucht. [...]
Punktmutationen in der mitochondrialen DNA führen zur Bildung defekter Proteine undfolglich zu Atmungskettendefekten, welche verschiedenste Erkrankungen im Menschenverursachen. Bisher wurde angenommen, dass mutierte Proteine nicht in die Atmungskettenkomplexeeingebaut werden können und durch mitochondriale Qualitätskontrollproteasenabgebaut werden. Um die Mechanismen des selektiven Proteinabbaus undder mitochondrialen Stressantwort detaillierter zu verstehen, wurde eine Cybridzellliniemit einer G6930A Punktmutation in der Cytochrom-c-Oxidase Untereinheit 1 des KomplexIV untersucht. Durch die Mutation entsteht ein Stopp-Codon und folglich ein um30 % verkürztes Protein, welches jedoch in nicht nachweisbarer Menge vorliegt. InG6930A Cybridzellen liegen neben dem Komplex IV-Defekt auch verminderte Aktivitätenund Mengen der Atmungskettenkomplexe I, II und III vor.

Um die nukleäre Antwort auf den mitochondrialen Stress zu analysieren, wurde eineGenexpressionsanalyse durchgeführt und eine reduzierte Genexpression vieler nukleärkodierter Atmungskettenuntereinheiten festgestellt. Eine kompensatorische Hochregulationder mitochondrialen Biogenese konnte somit ausgeschlossen werden. Zusätzlichwaren die mRNA- und Proteinmengen der mitochondrialen QualitätskontrollproteasenAFG3L2 und YME1L1 hochreguliert. Um die Rolle und den Effekt der Protease AFG3L2im Abbau von Atmungskettenuntereinheiten zu untersuchen, wurden Pulse Chase Experimentenach transienter Transfektion von AFG3L2-Varianten und transientem AFG3L2-Knockdown durchgeführt. Während die Überexpression der Wildtypform von AFG3L2in einem erhöhten Abbau von Atmungskettenuntereinheiten resultierte, führte sowohldie Überexpression der dominant negativen AFG3L2-Variante als auch der Knockdownzu einer gesteigerten Stabilität. Die äußerst wichtige Rolle von AFG3L2 im Abbau vonAtmungskettenuntereinheiten konnte auf diese Weise demonstriert werden. Darüberhinaus wurde das verkürzte COX1 Protein, sowie andere Atmungskettenuntereinheitender Komplexe I, IV und V mit Hilfe von Pulldown-Experimenten als Substrate vonAFG3L2 identifiziert.

Die in dieser Arbeit erhaltenen Ergebnisse lassen auf einen gegenseitigen Austausch vonInformationen zwischen Mitochondrien und Nukleus schließen, um die Anreicherungvon fehlgefalteten und nicht-assemblierten Atmungskettenuntereinheiten und einendamit verbundenen negativen Effekt in den Mitochondrien zu verhindern.
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Autor Bieling, Angela
Lieferzeit 3-4 Tage
Erscheinungsdatum 23.07.2012
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Punktmutationen in der mitochondrialen DNA führen zur Bildung defekter Proteine undfolglich zu Atmungskettendefekten, welche verschiedenste Erkrankungen im Menschenverursachen. Bisher wurde angenommen, dass mutierte Proteine nicht in die Atmungskettenkomplexeeingebaut werden können und durch mitochondriale Qualitätskontrollproteasenabgebaut werden. Um die Mechanismen des selektiven Proteinabbaus undder mitochondrialen Stressantwort detaillierter zu verstehen, wurde eine Cybridzellliniemit einer G6930A Punktmutation in der Cytochrom-c-Oxidase Untereinheit 1 des KomplexIV untersucht. Durch die Mutation entsteht ein Stopp-Codon und folglich ein um30 % verkürztes Protein, welches jedoch in nicht nachweisbarer Menge vorliegt. InG6930A Cybridzellen liegen neben dem Komplex IV-Defekt auch verminderte Aktivitätenund Mengen der Atmungskettenkomplexe I, II und III vor.

Um die nukleäre Antwort auf den mitochondrialen Stress zu analysieren, wurde eineGenexpressionsanalyse durchgeführt und eine reduzierte Genexpression vieler nukleärkodierter Atmungskettenuntereinheiten festgestellt. Eine kompensatorische Hochregulationder mitochondrialen Biogenese konnte somit ausgeschlossen werden. Zusätzlichwaren die mRNA- und Proteinmengen der mitochondrialen QualitätskontrollproteasenAFG3L2 und YME1L1 hochreguliert. Um die Rolle und den Effekt der Protease AFG3L2im Abbau von Atmungskettenuntereinheiten zu untersuchen, wurden Pulse Chase Experimentenach transienter Transfektion von AFG3L2-Varianten und transientem AFG3L2-Knockdown durchgeführt. Während die Überexpression der Wildtypform von AFG3L2in einem erhöhten Abbau von Atmungskettenuntereinheiten resultierte, führte sowohldie Überexpression der dominant negativen AFG3L2-Variante als auch der Knockdownzu einer gesteigerten Stabilität. Die äußerst wichtige Rolle von AFG3L2 im Abbau vonAtmungskettenuntereinheiten konnte auf diese Weise demonstriert werden. Darüberhinaus wurde das verkürzte COX1 Protein, sowie andere Atmungskettenuntereinheitender Komplexe I, IV und V mit Hilfe von Pulldown-Experimenten als Substrate vonAFG3L2 identifiziert.

Die in dieser Arbeit erhaltenen Ergebnisse lassen auf einen gegenseitigen Austausch vonInformationen zwischen Mitochondrien und Nukleus schließen, um die Anreicherungvon fehlgefalteten und nicht-assemblierten Atmungskettenuntereinheiten und einendamit verbundenen negativen Effekt in den Mitochondrien zu verhindern.
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