Untersuchungen zur anterograden Bewegung und Vererbung von Mitochondrien in Saccharomyces cerevisiae

Titelangaben

König, Johannes:
Untersuchungen zur anterograden Bewegung und Vererbung von Mitochondrien in Saccharomyces cerevisiae.
Bayreuth , 2012
( Dissertation, 2012 , Universität Bayreuth, Bayreuther Graduiertenschule für Mathematik und Naturwissenschaften - BayNAT )

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Abstract

Mitochondrien können nicht de novo synthetisiert werden und müssen daher aktiv in die Tochterzelle vererbt werden. In Saccharomyces cerevisiae bewegen sich die Mitochondrien entlang des Aktinzytoskeletts. Dabei werden zwei mögliche Mechanismen für den anterograden Transport diskutiert. In einem Modell wird die anterograde Bewegung von Mitochondrien durch das Myo2 Motorprotein vermittelt. Im Gegensatz dazu wird in einem zweiten Modell vorgeschlagen, dass Aktinpolymerisation durch den Arp2/3-Komplex an der mitochondrialen Oberfläche die Mitochondrien in die Knospe transportiert. Durch Analyse einer temperatursensitiven Mutante von ARC40, das für einen essentiellen Bestandteil des Arp2/3-Komplex kodiert, konnte die Rolle der Arp2/3-abhängigen Aktinpolymerisation bei der Bewegung von Mitochondrien überprüft werden. Die Ergebnisse der Versuche bei nichtpermissiver Temperatur deuten jedoch nicht auf eine direkte Rolle von Arc40 beim mitochondrialen Transport hin. Desweiteren wurde die Beteiligung von Myo2 bei der mitochondrialen Vererbung genauer untersucht. Der Austausch bestimmter Aminosäuren in der Cargo-Bindedomäne von Myo2 führt zu einer Veränderung der Morphologie und des Transportes von Mitochondrien. In dieser Arbeit konnte der Bereich der Myo2 Cargo-Bindedomäne näher charakterisiert werden, der für die Vererbung von Mitochondrien von Bedeutung ist. So führen Aminosäureaustausche in dieser Region von Myo2 zu einem Transport- und Morphologiedefekt von Mitochondrien, der durch artifizielle Verankerung des Myo2 Motorproteins in der mitochondrialen Außenmembran gerettet werden konnte. Auch die negativ synthetischen Effekte von Mutationen in der Cargo-Bindedomäne von Myo2 mit der Deletion des Gens für die am Transport der Mitochondrien beteiligte Rab-GTPase Ypt11 konnten durch Expression dieser Mitochondrien-spezifischen Variante von Myo2 aufgehoben werden. Mittels Immuno-Elektronenmikroskopie gelang es, Myo2 auf der Oberfläche von isolierten Mitochondrien nachzuweisen. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass Myo2 entscheidend und direkt an der Vererbung von Mitochondrien in S. cerevisiae beteiligt ist. Um einen Rücktransport in die Mutterzelle zu verhindern, müssen Mitochondrien nach ihrem Transport in die Knospe dort verankert werden. Die genetischen Daten dieser Arbeit sprechen dabei für eine Rolle von Mmr1, einem mitochondrialen Außenmembranprotein, das die Vererbung von Mitochondrien beeinflusst. Mit Hilfe von pulldown-Experimenten wurde in dieser Arbeit versucht, weitere Kandidaten für ein mitochondriales Myo2 Adapterprotein zu finden. Ausgehend von den genetischen Daten zum Transport von Mitochondrien wurde ein Modell entwickelt, bei dem die mitochondriale Morphologie, Ypt11 sowie eine Retention von Mitochondrien in der Knospe zum anterograden Transport durch Myo2 beitragen.

Abstract in weiterer Sprache

Mitochondria can not be synthesized de novo and therefore have to be inherited by active transport into daughter cells. In Saccharomyces cerevisiae mitochondria move along the actin cytoskeleton. Two possible mechanisms for the movement during anterograde transport are discussed. In the first model the anterograde movement of mitochondria is mediated by the Myosin V motor protein Myo2. Another hypothesis suggests that Arp2/3 complex mediated actin polymerization on the mitochondrial surface transports mitochondria into the bud. The role of the Arp2/3 complex dependent actin polymerisation in mitochondrial movement could be analyzed via a temperature sensitive mutant of ARC40, which is an essential part of the Arp2/3 complex. The results at nonpermissive temperature do not support a direct role of Arc40 in mitochondrial transport. Therefore, the involvement of Myo2 in mitochondrial inheritance was examined in more detail. An exchange of certain amino acid residues in the cargo binding domain of Myo2 leads to a change of the morphology and the transport of mitochondria. In the following, the region of the Myo2 cargo binding domain important for mitochondrial inheritance could be characterized more precisely. Mutations in this region of Myo2 cause a defect of mitochondrial transport and morphology, which could be rescued by artificially anchoring the Myo2 motor protein to the mitochondrial outer membrane. Mutant alleles in the Myo2 cargo binding domain show a negative synthetic interaction with deletion of the gene coding for the Rab-GTPase Ypt11, which is involved in mitochondrial transport. This negative interaction could also be compensated by expression of the mitochondria-specific variant of Myo2. Furthermore, Myo2 could be detected on the surface of isolated mitochondria via immunoelectron microscopy. These results indicate that Myo2 is a direct mediator of mitochondrial inheritance in S. cerevisiae. In order to prevent the transport of mitochondria back into the mother cell, there has to be a retention mechanism for mitochondria in the bud. The genetic data of this work suggest a role of Mmr1, a mitochondrial outer membrane protein, which influences mitochondrial inheritance. In order to reveal new candidates for the mitochondrial Myo2 receptor protein, pulldown experiments were performed. Based on the genetic data concerning the transport of mitochondria a new model was developed in which mitochondrial morphology, Ypt11 as well as a retention of mitochondria contribute to the anterograde Myo2 dependent transport of these organelles.