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Ein Kölner Forschungsteam hat das Protein AIFM1 als Schaltstelle der zellulären Energieproduktion identifiziert. Weitere Forschung zur Rolle dieses Proteins ermöglicht ein besseres Verständnis von Krankheiten, die durch Fehlfunktionen der Mitochondrien verursacht werden / Veröffentlichung in „Molecular Cell“
In einer gemeinsamen Studie an der Universität zu Köln haben die Teams von Professor Dr. Jan Riemer am Institut für Biochemie der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät und Dr. Simon Pöpsel am Zentrum für Molekulare Medizin Köln (ZMMK) gezeigt, wie das mitochondriale Schlüsselprotein AIFM1 (Apoptosis-Inducing Factor Mitochondria-Associated 1) als zentrale Schaltstelle zur Regulierung der zellulären Energieproduktion fungiert. Die Ergebnisse der Teams wurden unter dem Titel „Interaction with AK2A links AIFM1 to cellular energy metabolism“ in dem Fachjournal Molecular Cell veröffentlicht.
Der Fokus der Studie, die Zellbiologie, funktionelle Biochemie und fortgeschrittene Strukturbiologie kombiniert, lag auf AIFM1. Dieses Protein ist entscheidend für die Funktion der Mitochondrien, der energieproduzierenden Organellen der Zelle. Mitochondrien werden als die „Kraftwerke“ der Zelle bezeichnet, da sie für die Produktion von Adenosintriphosphat (ATP) verantwortlich sind, dem Hauptenergieträger in biologischen Systemen. Die korrekte Funktion der Mitochondrien ist insbesondere für die Gesundheit von Geweben mit einem hohen Energiebedarf wie Gehirn, Herz und Muskeln wichtig.
Defekte mitochondriale Prozesse können zu einer Reihe von Störungen führen, die als mitochondriale Krankheiten bezeichnet werden und sich in Form von neurodegenerativen Erkrankungen, Muskelkrankheiten oder Stoffwechselsyndromen äußern können.
Bisher war das Protein AIFM1 vor allem für seine Rolle beim programmierten Zelltod und beim Aufbau der Zellatmungskette bekannt. In dieser Studie wurden jedoch weitere Funktionen durch die Kartierung des Netzwerks seiner Interaktionspartner aufgedeckt. Vor allem die Interaktion mit Komponenten des MICOS-Komplexes und der Adenylatkinase 2 (AK2) stellt eine Verbindung zwischen AIFM1 und dem Aufbau der mitochondrialen Morphologie und der Aufrechterhaltung der Energiehomöostase her.
Die StruBiTEM-Kryo-EM-Anlage an der Universität zu Köln ermöglichte den Einsatz modernster Kryo-Elektronenmikroskopie (Kryo-EM), mittels derer die Wissenschaftler*innen AIFM1-Komplexe in einer bisher nicht gekannten Detailtreue sichtbar machen konnten. Die daraus resultierenden atomaren Modelle veranschaulichten, wie AIFM1 seine Rolle als zentraler Koordinator in den Mitochondrien erfüllt. Die Wissenschaftler*innen zeigten, dass das Protein AIFM1 die Isoform AK2A stabilisiert, indem es an dessen C-terminalen Ende bindet. Außerdem positioniert es AK2A in der Nähe von ATP-transportierenden Proteinen und der ATP-erzeugenden ATP-Synthase, was die Effizienz der mitochondrialen Energieproduktion insgesamt erhöht.
„Ein zentrales Ergebnis ist die Entdeckung der Interaktion zwischen AIFM1 und einer Variante der Adenylatkinase 2, einem Enzym, das für die Aufrechterhaltung des Gleichgewichts von Adenin-Nukleotiden wie ATP, dem Hauptenergieträger der Zelle, entscheidend ist“, sagt Dr. Simon Pöpsel.
„Wir konnten diese Proteinkomplexe mit hoher Auflösung sichtbar machen, was die Entwicklung detaillierter atomarer Modelle ermöglichte. Die Ergebnisse unterstreichen nicht nur die Rolle von AIFM1 bei der Unterstützung von AK2A, sondern offenbaren auch seine Funktion als zentrale molekulare Drehscheibe, die mit anderen wichtigen Regulatoren des mitochondrialen Energiestoffwechsels interagiert, darunter MIA40, der MICOS-Komplex, ADP/ATP-Translokasen und ATP-Synthase“, fügt Professor Jan Riemer hinzu.
Dr. Simon Pöpsel
Zentrum für Molekulare Medizin Köln
+49 221 478 96987
s.poepsel@uni-koeln.de
Prof. Dr. Jan Riemer
Institut für Biochenmie
+49 221 470 7306
jan.riemer@uni-koeln.de
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1097276525005003?via%3Dihub
Criteria of this press release:
Journalists, Scientists and scholars, Students
Biology, Chemistry, Medicine
transregional, national
Research results, Scientific Publications
German
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