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

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Punktmutationen in der mitochondrialen DNA führen zu defekten Proteinen und Atmungskettendefekten, die verschiedene Erkrankungen verursachen. Bisher wurde angenommen, dass mutierte Proteine nicht in Atmungskettenkomplexe eingebaut werden und durch mitochondriale Qualitätskontrollproteasen abgebaut werden. Um die Mechanismen des selektiven Proteinabbaus und der mitochondrialen Stressantwort zu verstehen, wurde eine Cybridzelllinie mit einer G6930A Punktmutation in der Cytochrom-c-Oxidase Untereinheit 1 des Komplex IV untersucht. Diese Mutation führt zu einem Stopp-Codon und einem um 30 % verkürzten Protein, das jedoch in nicht nachweisbarer Menge vorliegt. In den G6930A Cybridzellen sind neben dem Komplex IV-Defekt auch reduzierte Aktivitäten und Mengen der Atmungskettenkomplexe I, II und III vorhanden. Eine Genexpressionsanalyse ergab eine reduzierte Genexpression vieler nukleär kodierter Atmungskettenuntereinheiten, was eine kompensatorische Hochregulation der mitochondrialen Biogenese ausschloss. Zudem waren die mRNA- und Proteinmengen der Qualitätskontrollproteasen AFG3L2 und YME1L1 hochreguliert. Pulse Chase Experimente zeigten, dass die Überexpression der Wildtypform von AFG3L2 den Abbau von Atmungskettenuntereinheiten erhöht, während die Überexpression der dominant negativen Variante und der Knockdown zu einer gesteigerten Stabilität führten. Das verkürzte COX1 Protein sowie andere Atmungskettenuntereinheiten wurden als