Lecture IV

Zellbiologie Übersicht

Einführung zur Zellbiologie

  • Themen: Mitochondriale UPR, Autophagie, und Proteinhomöostase.

Vorlesung IV

  • Ziel: Verständnis von mitochondrialen Funktionen und Stressantworten.

UPR (Unfolded Protein Response)

UPR Zweige in höheren Eukaryoten

  • Forschungen von Walter & Ron aus 2011 zur UPR bei Eukaryoten.

  • Hac1 als Schlüsselprotein in der Reaktion.

Mitochondriale UPR

  • Hoppel et al. (1977) untersuchten die mitochondriale UPR in Herzmuskelzellen.

Elektronentransportkette

Komponenten der Kette

  • Moleküle: Cyt c, NADH, Succinat, Fumarat.

  • Verlauf: Citratzyklus, äußere Membran, innere Membran, Matrix, Intermembranraum.

Funktion

  • Erzeugung eines elektrochemischen Gradienten, der für die ATP-Synthese wichtig ist.

Mitochondriale Proteinimport

Membranpotential

  • ∆Ψ als Triebkraft für den Import von Mitrochondrienproteinen.

  • Komplexe: TIM23, TOM und deren Rolle im Proteinimport.

  • Aber: Ungleichgewicht führt zur Akkumulation fehlgefalteter Proteine.

mtDNA und Translation

mtDNA Funktionalität

  • Proteine, die durch mtDNA kodiert sind, und deren Anzahl.

  • Beispiel: ATP-Synthase hat ~14 Untereinheiten.

Problem

  • Der Austausch zwischen mitochondrialer und nuklearer Proteinsynthese ist kritisch.

  • Ungleichgewicht kann zu ROS und mitochondrialen Dysfunktionen führen.

Unfolded Protein Response Mechanismen

  • Erstes Verteidigungssystem: Netzwerke aus Proteasen für fehlerhafte Proteine.

  • Chaperone wie Hsp60 werden bei Faltungsstress hochreguliert.

RNAi Screen

  • Identifizierung wichtiger Gene für die Stressantwort mittels siRNA.

ATFS-1 Rolle

ATFS-1 Eigenschaften

  • Signalmechanismen wie NES, NLS, und MTS sind entscheidend.

  • Funktionalität des Fusionsproteins bei Faltungsstress.

Akkumulation

  • ATFS-1 akkumuliert bei Faltungsstress im Zellkern, was die Kernreaktion beeinflusst.

Mitophagie-Mechanismen

Mitophagie in C. elegans

  • TOM und TIM als Schlüssel zum Entsorgen beschädigter Mitochondrien.

  • Faltungsstress reduzieren die Funktion der Atmungskette.

  • Prozesse zur Wiederherstellung der Homöostase.

Autophagie Mechanismen

  • Phagophore-Entwicklung und Cargo-Erkennung.

  • ATG8/LC3 in Phagophoren.

Mitochondrial Dynamics

Mitochondrien in Neuronen

  • Hoher Energieverbrauch, insbesondere an Synapsen.

  • Hohe Aktivität führt zu ROS.

Parkinson's Disease

Statistiken

  • Zweithäufigste neurodegenerative Krankheit mit Verlust von dopaminergen Neuronen.

  • Verknüpfungen zwischen mitochondrialer Dysfunktion und Parkinson.

PINK/PARKIN System

Rolle in der Mitophagie

  • Entfernt beschädigte Mitochondrien durch ionophore Mittel wie CCCP.

  • PINK1-Accumulation bei niedrigem Membranpotential ermöglicht die Rekrutierung von Parkin.

Qualitätssicherung und Homöostase

Dreifache Verteidigungslinie

  1. Chaperone und Protease-Netzwerk

  2. Unfolded Protein Response zur Feinabstimmung

  3. Autophagie für die Degradation beschädigter Organellen

Schlussfolgerung

  • Mitochondrien sind für zelluläre Homöostase wesentlich.

  • Verständnis der UPR und autophagischer Prozesse ist entscheidend für die Zellbiologie.