The disulfide relay system of mitochondria is connected to the respiratory chain

Das Disulfidbrücken-Transfer-System der Mitochondrien ist mit der Atmungskette verbunden

  • Proteins of the intermembrane space of mitochondria are generally encoded by nuclear genes that are synthesized in the cytosol. A group of small intermembrane space proteins lack classical mitochondrial targeting sequences, but these proteins are imported in an oxidation-driven reaction that relies on the activity of two components, Mia40 and Erv1. Both proteins constitute the mitochondrial disulfide relay system. Mia40 functions as an import receptor that interacts with incoming polypeptides via transient, intermolecular disulfide bonds. Erv1 is an FAD-binding sulfhydryl oxidase that activates Mia40 by re-oxidation, but the process how Erv1 itself is re-oxidized has been poorly understood. Here, I show that Erv1 interacts with cytochrome c which provides a functional link between the mitochondrial disulfide relay system and the respiratory chain. This mechanism not only increases the efficiency of mitochondrial inport by the re-oxidation of Erv1 and Mia40 but also prevents the formation of deleterious hydrogen peroxide within the intermembrane space. Thus, the miochondrial disulfide relay system is, analogous to that of the bacterial periplasm, connected to the electron transport chain of the inner membrane, which possibly allows an oxygen-dependend regulation of mitochondrial import rates. In addition, I modeled the structure of Erv1 on the basis of the Saccharomyces cerevisiae Erv2 crystal structure in order to gain insight into the molecular mechanism of Erv1. According to the high degree of sequence homologies, various characteristics found for Erv2 are also valid for Erv1. Finally, I propose a regulatory function of the disulfide relay system on the respiratory chain. The disulfide relay system senses the molecular oxygen levels in mitochondria and, thus, is able to adapt respiratory chain activity in order to prevent wastage of NADH and production of ROS.
  • Die Proteine des mitochondrialen Intermembranraums werden normalerweise im Kern kodiert und im Zytosol synthetisiert. Eine Gruppe kleiner Intermembranraumproteine besitzen keine mitochondrialen Zielführungssequenzen, sondern werden in einer redoxabhängigen Reaktion, die auf zwei Komponenten beruht, importiert: Mia40 und Erv1. Diese Proteine begründen das mitochondriale Disulfidbrücken-Transfer-System. Mia40 agiert als Importrezeptor im Intermembranraum und bindet über transiente Disulfidbrücken an seine Substratproteine. Erv1 is eine FAD-bindende Sulfhydryloxidase, die Mia40 mittels Oxidation reaktiviert. Wie Erv1 selbst durch Oxidation reaktiviert wird, ist nur wenig verstanden. Hier zeige ich, dass Erv1 mit Cytochrom c interagiert. Dadurch wird ein funktionelle Verbindung zwischen dem Disulfidbrücken-Transfer-System und der Atmungskette geschaffen. Dieser Mechanismus erhöht die Effizienz des mitochondrialen Imports durch Reoxidation von Erv1 und Mia40. Darüberhinaus verhindert es die Bildung von hochreaktivem Wasserstoffperoxid im Intermembranraum. Dadurch ist das Disulfidbrücken-Transfer-System ähnlich dem System im bakteriellen Periplasma mit der Atmungskette der Mitochondrien verbunden, was die Möglichkeit einer Sauerstoff-abhängigen Regulation mitochondrialen Imports eröffnet. Darüberhinaus modellierte ich die 3D-Struktur von Erv1 auf der Basis der Erv2-Struktur aus Hefe. Damit wollte ich einen tieferen Einblick in die molekularen Mechanismen von Erv1 erlangen. Einige Eigenschaften, die von Erv2 bekannt waren, konnte ich auch für Erv1 zeigen. Letztlich möchte ich eine regulatorische Funktion von Erv1 auf die Aktivität der Atmungskette vorschlagen. So wird die Konzentration molekularen Sauerstoffs von Erv1 gemessen und die Aktivität der Atmungskette angepasst, um NADH zu sparen und eine ROS Produktion zu vermeiden.

Export metadata

  • Export Bibtex
  • Export RIS

Additional Services

Share in Twitter Search Google Scholar
Metadaten
Author:Karl Bihlmaier
URN (permanent link):urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-25224
Advisor:Johannes M. Herrmann
Document Type:Doctoral Thesis
Language of publication:English
Year of Completion:2009
Year of Publication:2009
Publishing Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Granting Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Acceptance Date of the Thesis:2009/10/23
Tag:Disulfidbrücken-Transfer ; Reaktive Sauerstoff Spezies
disulfide bond transfer ; reactive oxygen species ; respiratory chain
GND-Keyword:Atmungskette; Mitochondrium ; Proteintransport
Faculties / Organisational entities:Fachbereich Biologie
DDC-Cassification:570 Biowissenschaften; Biologie

$Rev: 12793 $