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Untersuchungen zum mitochondrialen Import des Hauptaußenmembranproteins PorB von Neisseria gonorrhoeae

Hauf, Eva


Originalveröffentlichung: (2007) Giessen : VVB Laufersweiler 2007
pdf-Format: Dokument 1.pdf (5.325 KB)

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Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Institut für Hygiene und Infektionskrankheiten der Tiere; Institut für Zelluläre Mikrobiologie der Universität Hohenheim
Fachgebiet: Veterinärmedizin
DDC-Sachgruppe: Landwirtschaft
Dokumentart: Dissertation
Zeitschrift, Serie: Edition scientifique
ISBN / ISSN: 978-3-8359-5167-9
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 28.06.2007
Erstellungsjahr: 2007
Publikationsdatum: 04.07.2007
Kurzfassung auf Deutsch: Das Hauptaußenmembranprotein PorB von Neisseria gonorrhoeae ist in der
Lage, ausgehend von der Außenmembran der Bakterien sich in die
Plasmamembran und anschließend in die Mitochondrien der Wirtszelle
einzulagern und Apoptose der Zelle auszulösen. Zum besseren Verständnis der
Pathogenese sollte in der vorliegenden Arbeit der Importweg und die
intramitochondriale Lokalisierung dieses toxischen beta-barrel-Proteins aufgeklärt
werden. Zu diesem Zweck musste zunächst ein geeignetes in vitro System für
den Import in Mitochondrien etabliert werden, wobei als Modellsystem die Hefe
Saccharomyces cerevisiae diente. Bei Importexperimenten des radioaktiv
markierten PorB in isolierte Hefemitochondrien konnte gezeigt werden, dass
sich PorB in einer zweistufigen Reaktion in die Mitochondrien einlagert.
Zunächst erfolgte eine Anbindung des Proteins an die Oberfläche der
Mitochondrien, die durch Anwesenheit zytosolischer Komponenten in Form von
Retikulozytenlysat verbessert werden konnte. Anschließend translozierte das
Protein in einem zweiten Schritt ATP-abhängig über die mitochondriale
Membran. Zur Aufklärung des Importwegs und der Lokalisierung in
Mitochondrien wurde das Protein in Mitochondrien, isoliert aus bestimmten
Mutanten der Hefe, importiert. Es zeigte sich, dass PorB sich nicht nur den für
endogene mitochondriale beta-barrel-Proteine etablierten Importweg zu Nutze
macht, sondern zum Teil neue Importwege aufweist. So war die Erkennung des
PorB an der Oberfläche der Mitochondrien unabhängig von Importrezeptoren
des TOM-Komplexes. Lediglich die Komponente Tom40 des TOM-Komplexes
war für die Translokation des PorB über die Außenmembran der Mitochondrien
entscheidend. Anschließend wurde PorB nicht, wie für diese Proteine üblich,
über den SAM-Komplex in die Außenmembran eingebaut. Vermutlich wird das
PorB über einen anderen, noch unbekannten Weg in die mitochondriale
Innenmembran eingebaut, wo es in der Lage ist das Membranpotential der
Mitochondrien zu zerstören und Apoptose der Wirtszelle auszulösen.

Diese Ergebnisse unterstützen die Hypothese, dass Mechanismen des
endogenen mitochondrialen Proteintransports zumindest teilweise auch für
pathologische Prozesse von Bedeutung sind.
Kurzfassung auf Englisch: The major outer membrane protein PorB of Neisseria gonorrhoeae has the
unusual feature of translocating from the outer membrane of bacteria into target
cell membranes. In target cells, the protein is targeted to mitochondria and
induces host cell apoptosis. For a better understanding of the pathogenesis of
this infection, the goal of the present doctoral thesis was to clarify the import
pathway of PorB, thus to investigate the intramitochondrial localisation of this betabarrel
protein. On this account, an adequate in vitro system had to be
established whereas the yeast Saccharomyces cerevisiae was used as a model
system. In vitro experiments, where radioactive labelled PorB was imported in
isolated yeast mitochondria, showed that the protein is incorporated into
mitochondria by a reaction consisting of two steps: first PorB is bound to the
mitochondrial surface, which is facilitated by cytosolic components, achieved by
adding reticulocyte lysate to the import onset. The subsequent translocation
across the mitochondrial membrane is ATP-dependant. To elucidate the import
pathway and the intramitochondrial localisation of PorB, the protein was
imported in certain yeast mutants. It was discovered that PorB did not only use
established import pathways of endogenous mitochondrial proteins, but also
partly follows new import pathways. The recognition of PorB on the
mitochondrial surface is independent of the import receptors of the TOMcomplex.
The only component of the TOM-complex, which is important for PorB
translocation across the mitochondrial outer membrane is Tom40. Subsequent
import steps are different from other beta-barrel proteins, because PorB is not
integrated in the outer mitochondrial membrane by the SAM-complex.
Further experiments lead to the conclusion that PorB is localized in the inner
mitochondrial membrane which might explain the reported loss of membrane
potential and subsequent host cell apoptosis is induced.

These investigations support the hypothesis that mechanisms of endogenous
mitochondrial protein transport are at least partly important for pathological
processes.