Μοριακοί μηχανισμοί στόχευσης πρωτεϊνών στην εσωτερική μεμβράνη και στο διαμεμβρανικό χώρο των μιτοχονδρίων

Abstract

Mitochondria from the yeast Saccharomyces cerevisiae contain more than 900 different proteins. Most of those are synthesized to the cytosol and they have to be targeted to the right submitochondrial compartment via a very complex mechanism which is consisted of many different protein complexes. Different types of protein are targeted to the mitochondrion via different import pathways. Many different import pathways are well-studied, but very little is known about the insertion pathway to the inner membrane of proteins with one transmembrane domain and without a typical presequence. In the current work, we studied the import and the insertion to the membrane of Subunit e of the F0/F1 ATP synthase (Su e) as an example of inner membrane protein with one transmembrane domain without a typical presequence. We found that its import pathway includes small Tim chaperones of the intermembrane space and that its insertion to the membrane can be performed without the presence of any of the known complexes that insert proteins to the inner membrane. Also, we found that the targeting signal is at the N-terminal part of the protein and that the positive charge at position 8 is very important for its import. Furthermore, we studied the targeting signal Mia40 substrates to Mia40, the oxidase which folds the proteins to the intermembrane space. The targeting signal to the intermembrane space of Tim10 is at aminoacids 30 to 39 to its sequence and that sequence binds the proteins to Mia40 via hydrophobic interactions. This sequence can target non physiological substrates to Mia40. Also, the prerequisites of a sequence to be a targeting signal for Mia40 were found, giving us the ability to predict the targeting to Mia40.

Τα μιτοχόνδρια του σακχαρομύκητα Saccharomyces cerevisiae περιέχουν περισσότερες από 900 διαφορετικές πρωτεΐνες. Από αυτές η πλειονότητα συντήθεται στο κυτταρόπλασμα, μεταφέρεται στο μιτοχόνδριο και στοχεύεται στο κατάλληλο υπομιτοχονδριακό διαμέρισμα μέσω ενός πολύπλοκου μηχανισμού που περιλαμβάνει πολλά διαφορετικά πρωτεϊνικά σύμπλοκα. Διαφορετικές κατηγορίες μιτοχονδριακών πρωτεϊνών ακολουθούν διαφορετικά μονοπάτια στόχευσης στο μιτοχόνδριο. Πολλά διαφορετικά μονοπάτια στόχευσης στο μιτοχόνδριο έχουν μελετηθεί, λίγα είναι όμως γνωστά για το μονοπάτι ενσωμάτωσης στην εσωτερική μεμβράνη του μιτοχονδρίου πρωτεϊνών της εσωτερικής μεμβράνης του μιτοχονδρίου με ένα διαμεμβρανικό τμήμα και χωρίς τυπική αλληλουχία στόχευσης. Στη παρούσα εργασία μελετήσαμε την εισαγωγή στο μιτοχόνδριο και την ενσωμάτωση στη μεμβράνη της υπομονάδας e της F¬0/F1 ATP συνθάσης (Su e) ως παράδειγμα αυτής της κατηγορίας πρωτεϊνών. Βρέθηκε ότι το μονοπάτι στόχευσης της Su e εξαρτάται από τις μικρές Tim πρωτεΐνες του διαμεμβρανικού χώρου ενώ η εισαγωγή της στη μεμβράνη μπορεί να γίνει απουσία των γνωστών συμπλόκων που ενσωματώνουν πρωτεΐνες στην εσωτερική μεμβράνη. Ακόμη, βρέθηκε το σήμα στόχευσης της πρωτεΐνης στο αμινοτελικό τμήμα της πρωτεΐνης καθώς επίσης ότι το θετικό φορτίο στη θέση 8 της αλληλουχίας είναι απαραίτητο για τη στόχευση της πρωτεΐνης στο μιτοχόνδριο. Παράλληλα, μελετήθηκε το σήμα στόχευσης των υποστρωμάτων της Mia40, της οξειδάσης που αναδιπλώνει τις πρωτεΐνες στο διαμεμβρανικό χώρο και ο μηχανισμός πρόσδεσης αυτών των υποστρωμάτων στη Mia40. Το σήμα στόχευσης για τη πρωτεΐνη Tim10 βρίσκεται στα αμινοξέα 30 ως 39 της αλληλουχίας. Αυτό το σήμα στόχευσης προσδένεται στη Mia40 μέσω υδρόφοβων αλληλεπιδράσεων. Η αλληλουχία αυτή είναι ικανή να στοχεύσει στη Mia40 πρωτεΐνες που δεν είναι φυσιολογικά υποστρώματα της Mia40.