Tanja Sabine Lisse

Untersuchungen zur Rolle von Mdj1p aus Saccharomyces cerevisiae bei der mitochondrialen Biogenese

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades doctor rerum naturalium (Dr. rer. nat.) vorgelegt an der Mathematisch-Naturwissenschaftlich-Technischen Fakultät der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
verteidigt am 07.03.2002

Abstract
Mdj1p (mt-DnaJ) ist ein mitochondriales Protein der Hefe Saccharomyces cerevisiae und ein Vertreter der Familie der DnaJ-Proteine. Gemeinsam mit Ssc1p (mt-Hsp70) und Mge1p (mt-GrpE) bildet es das mitochondriale Hsp70-System.
Als molekulares Chaperon schützt Mdj1p mitochondriale Proteine vor hitzeinduzierter Aggregation und unterstützt die Faltung von Proteinen nach deren Synthese innerhalb der Mitochondrien bzw. nach deren Import in die mitochondriale Matrix.
Bei Abwesenheit von funktionellem Mdj1p wird neben einer Temperatursensitivität der Verlust der mitochondrialen DNA beobachtet, in dessen Folge die Zellen nicht mehr zu respiratorischem Wachstum befähigt sind. Zur Untersuchung der Abhängigkeit eines funktionellen mitochondrialen Genoms von Mdj1p wurde im Rahmen dieser Arbeit das Komplementationsvermögen homologer nicht-mitochondrialer DnaJ-Proteine und N-terminaler Fragmente von DnaJ (E. coli) und Mdj1p (S. cerevisiae) analysiert.
In der durchgeführten Komplementationsstudie konnte gezeigt werden, daß alle getesteten Komplementationsmutanten in der Lage waren, den Erhalt der mitochondrialen DNA zu unterstützen. Deutliche Unterschiede wurden in den Komplementationsmutanten bei der Transkription und Translation mitochondrial kodierter Proteine und hinsichtlich der Stabilität einzelner Komponenten der Atmungskette festgestellt. Sowohl Komponenten des Transkriptions- als auch des Translationsapparates sind demnach bei der Erlangung und Aufrechterhaltung ihrer Funktionalität innerhalb der mitochondrialen Matrix von Mdj1p abhängig. Der Verlust des mitochondrialen Genoms folgt dann als ein sekundäres Ereignis, dem eine fehlerhafte mitochondriale Proteinbiogenese vorausgegangen ist.
Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, daß Mdj1p - sehr wahrscheinlich in seiner Rolle als molekulares Chaperon gemeinsam mit dem mitochondrialen Hsp70-System - an verschiedenen Prozessen der mitochondrialen Biogenese beteiligt ist.

Mdj1p (mt-DnaJ) from S. cerevisiae is a mitochondrial representative of the DnaJ-protein familiy. Along with Ssc1p (mt-Hsp70) and Mge1p (mt-GrpE) Mdj1p constitutes the mitochondrial Hsp70-system.
As a molecular chaperon within the mitochondrial matrix Mdj1p prevents heat-induced aggregation and supports folding of mitochondrially encoded or imported proteins.
Inactivation of Mdj1p results in temperature sensitivity and the loss of respiratory activity; the later has been attributed to the loss of mitochondrial DNA. To investigate the relation between Mdj1p and a functional mitochondrial genome the complementation capacity of non-mitochondrial DnaJ-Proteins and N-terminal fragments of DnaJ (E. coli) und Mdj1p (S. cerevisiae) were analysed.
It was shown that all tested complementation mutants were able to support the maintenance of the mitochondrial DNA. In contrast, the mitochondrial transcription and mitochondrial translation as well as the stability of particular members of the respiratory complex were clearly affected within the complementation mutants. Hence, there is a dependency between certain components of the mitochondrial transcription and translation machinery and Mdj1p in terms of constitution and maintenance of function. The loss of the mitochondrial genome consequently follows when protein biogenesis has been failed.
The results of this work shows that - most likely as a molecular chaperon in common with the mitochondrial Hsp70-system - Mdj1p is involved in different processes of the mitochondrial biogenesis.

Keywords:
Chaperon, Mdj1p, mitochondriales DnaJ, mtDNA, mitochondriale Transkription, mitochondriale Translation, mitochondriale Proteinfaltung

Chaperon, Mdj1p, mitochondrial DnaJ, mtDNA, mitochondrial transcription, mitochondrial translation, mitochondrial protein folding

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Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis, Abkürzungsverzeichnis
I. Einleitung (1-15)
II. Material und Methoden (16-40)
III. Ergebnisse und Diskussion (41-90)
IV. Zusammenfassung und Ausblick (91-92)
V. Literaturverzeichnis (93-103)