Charakterisierung des mitochondrialen Teilungsproteins Dnm1p mittels quantitativer hochauflösender Lichtmikroskopie

• Main Author: Schauß, Astrid Claudia
• Format: Doctoral Thesis
• Language: deu
• Published: 2006
• Subjects: Hefeartige Pilze; Mitochondrium; Mikroskopie; ddc:570
• Online Access: https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/frontdoor/index/index/docId/1512; http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-17566; https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bvb:20-opus-17566; https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/1512/Astrids_Doktorarbeit_aktuellst_8.pdf

Mitochondrien verändern dynamisch durch ein balanciertes Verhältnis von Teilung und Fusion die Gestalt ihrer Netzwerke und reagieren so auf interne und externe Signale. Ein Schlülsselprotein der mitochondrialen Teilung ist die Dynamin-verwandte GTPase Dnm1p, die in dieser Arbeit charakterisiert wurde. Da Mitochondrien aufgrund ihres endosymbiontischen Ursprungs zwei Membranen besitzen, erfordert deren Teilung eine besondere Koordination. Unter Verwendung von photokonvertierbarem GFP wird in dieser Arbeit gezeigt, dass in S. cerevisiae die Teilung der inneren und äußeren Membran zeitlich eng gekoppelt verläuft. Dieser Prozess wird durch die GTPase Dnm1p, aber auch durch die Adaptor-Proteine Mdv1p und Caf4p sowie dem integralen Membrananker Fis1p v ermittelt. Dnm1p lagert sich zu Spiralen um den tubulären Strang an und trennt GTP-abhängig die Mitochondrien voneinander. Eine Voraussetzung für die Anlagerung dieser Spiralen stellen Matrix-Konstriktionen dar. In dieser Arbeit wird gezeigt, dass Dnm1p und auch Fis1p für die Ausbildung dieser mitochondrialen Einschnürungen nicht essentiell sind. Die Untersuchung der Verteilung, Orientierung und Größe der Epitop-markierten Dnm1p-Cluster bildet den Schwerpunkt der Arbeit. Weiterhin wird der Einfluss der Teilungsproteine Fis1p, Mdv1p und Caf4p auf diese Dnm1p-Charakteristika ermittelt. Die Analyse basiert auf quantitativen Konfokalmikroskopie-Aufnahmen, zusätzlich werden auch neue hochauflösende Lichtmikroskope (4Pi und STED) zur genauen Lokalisation und Größenbestimmung eingesetzt. Die Ergebnisse zeigen, dass im Wildtyp und in Mdv1p-Deletionsstämmen die Mehrheit der Cluster mit den Mitochondrien assoziiert ist, während in Fis1p- und Caf4p-Deletionszellen die Rekrutierung der Cluster zu den Mitochondrien gestört erscheint. Nur wenige Cluster bilden Spiralen um Matrix-Konstriktionen aus, die überwiegende Mehrheit der nicht an aktuellen Teilungsprozessen beteiligten Dnm1p-Aggregate weist dagegen im Wildtyp und in Mdv1p-Deletionszellen eine polare Orientierung Richtung Zellcortex auf. Die in dieser Arbeit zum ersten Mal beschriebene Polarität ist in Fis1p- und Caf4p-Deletionsstämmen aufgehoben, bleibt jedoch auch nach der Zerstörung des Aktin-Gerüstes aufrechterhalten. Die Ergebnisse der Arbeit deuten darauf hin, dass Dnm1p in einem Komplex mit Fis1p und Caf4p zusätzlich zu seiner Funktion als Teilungsprotein an der Anheftung der Mitochondrien an den Zellcortex beteiligt ist. Zudem scheinen die Adaptorproteine Mdv1p und Caf4p trotz molekularer Ähnlichkeit unterschiedliche Aufgaben in der Zelle zu erfüllen. === Mitochondrial networks dynamically change their shape by balanced fission and fusion in response to internal and external signals. The key protein in mitochondrial fission, the dynamin-related GTPase Dnm1p, is characterised in this study. Because of their endosymbiotic origin mitochondria possess two membranes, whose separations must be coordinated. Using photoconvertable GFP, it is shown that the division of outer and inner membranes are tightly coupled in S. cerevisiae. This separation is due to the GTPase Dnm1p, but the adaptor proteins Mdv1p and Caf4p, as well as the membrane anchor Fis1p, are also involved in mitochondrial division in yeast. Dnm1p forms spirals around the mitochondrial tubes and separates them in a GTPase-dependant manner. Matrix constrictions are presumably one precondition for the formation of spirals. In this work it is shown that Dnm1p as well as Fis1p are not essential for the formation for this mitochondrial narrowing. The main focus of the work is the analysis of the distribution, orientation and size of the epitope-tagged Dnm1p clusters in yeast cells. Additionally, the influence of the other division proteins, Fis1p, Mdv1p and Caf4p, on these Dnm1p characteristics is determined. The analysis is based on both quantitative confocal images and high resolution 4Pi and STED microscopy, for better localization and determination of the cluster sizes. The results demonstrate that in wild type and Mdv1p deletion cells, the majority of clusters are associated with mitochondria, whereas the recruitment of Dnm1p-clusters is disturbed in Fis1p and Caf4p deletion cells. While just a few clusters form spirals around matrix constrictions, the overwhelming majority of clusters, which are not involved in an actual fission process, show a polar orientation towards the cell cortex in wild type and Mdv1p deletion cells. This polarity, described for the first time in this work, is abolished in Fis1 and Caf4p deletion cells, but is maintained after the destruction of the actin cytoskeleton. The results of this work point to an additional role of Dnm1p, together with Fis1p and Caf4p, in the attachment of mitochondria to the cell cortex. Furthermore it is shown that the adaptor proteins Mdv1p and Caf4p have different roles within the cell despite of their molecular similarity.