Auswirkungen von Hitzestress auf das Proteom und die Proteinbiogenese in Mitochondrien

Abstract

Für das Überleben eines Organismus stellen Temperaturen, die über der physiologischen Wachstumsbedingung liegen, eine Herausforderung dar. Da Proteine optimiert sind, bei einer bestimmten Temperatur stabil zu sein, können bereits kleine Änderungen zu Proteinentfaltung und unspezifischer Aggregation führen. Mögliche Folgen sind sowohl der Funktionsverlust von Proteinen als auch zytotoxischer Stress aufgrund von Aggregatbildung, der sogenannten Proteotoxizität. In dieser Arbeit wurde der Einfluss von physiologischem Hitzestress auf das mitochondriale Proteom in humanen Zellen untersucht. Hierfür wurden intakte, isolierte Säugetiermitochondrien dem Einfluss von Hitzestress ausgesetzt und jene Proteine, welche eine starke Tendenz zur Aggregation aufwiesen, mittels zweidimensionaler Gelelektrophorese und Massenspektrometrie identifiziert. Die Ergebnisse zeigten eine bemerkenswerte Stabilität des mitochondrialen Proteoms gegenüber erhöhten Temperaturen. Als Ausnahme wies der mitochondriale Elongationsfaktor Tu, welcher essenziell für die mitochondriale Translation ist, eine starke Thermolabilität auf. Zudem konnte gezeigt werden, dass in hitzegestressten Mitochondrien sowohl die Translation als auch der Import zytosolischer Proteine defekt ist. Eine Inhibition beider Prozesse könnte eine potenzielle Schutzfunktion der Mitochondrien darstellen, um zusätzlichen proteotoxischen Stress durch die Fehlfaltung und mögliche Aggregation frisch synthetisierter oder importierter Proteine unter Hitzestresseinfluss zu verhindern. Die Ergebnisse dieser Arbeit stützen die Annahme, dass der mitochondriale Elongationsfaktor Tu als Sensor für mitochondrialen Stress von entscheidender Bedeutung für die Proteinhomöostase der Mitochondrien ist.