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Biogenese mitochondrialer AuĂenmembranproteine
Die mitochondriale AuĂenmembran beherbergt eine Vielzahl an Proteinen, die anhand ihrer Topologie in unterschiedliche Klassen eingeteilt werden können. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Biogenese von zwei Klassen untersucht. Die erste besitzt eine hydrophile cytosolische DomĂ€ne und ist ĂŒber eine TransmembrandomĂ€ne im N-terminalen Bereich in der Membran verankert. Dieser N-terminale Bereich enthĂ€lt die Signalsequenz dieser Proteine und dient gleichzeitig als Membrananker, weshalb er als Signal-Anker-DomĂ€ne bezeichnet wird. Zu dieser Proteinklasse gehören die beiden Rezeptorkomponenten des TOM-Komplexes, Tom20 und Tom70, und in S. cerevisiae das Protein OM45 mit bisher unbekannter Funktion.
Zur Bestimmung der Bedeutung der Signal-Anker-DomĂ€ne fĂŒr die Funktion des jeweiligen Proteins bzw. zur strukturellen und funktionellen Charakterisierung dieses Sequenzabschnittes wurde ein Komplementationsansatz benutzt. Damit konnte gezeigt werden, dass die Signal-Anker-DomĂ€nen mitochondrialer AuĂenmembranproteine funktionell austauschbar sind. Folglich spielen sie fĂŒr die spezifische Funktion des Proteins nur eine untergeordnete Rolle, sind allerdings fĂŒr den Transport zu den Mitochondrien und fĂŒr die Verankerung in der AuĂenmembran von entscheidender Bedeutung. Des Weiteren konnte ich die strukturellen Elemente bestimmen, die zusammen mit der AnkerdomĂ€ne das topogene Signal bilden. Eine moderate HydrophobizitĂ€t der TransmembrandomĂ€ne scheint am wichtigsten zu sein, um diese Proteine zu Mitochondrien zu dirigieren. Eine positive Nettoladung in beiden flankierenden Regionen der TransmembrandomĂ€ne erhöht die Effizienz des Transports zu den Mitochondrien und die Membraneinbaurate, ist aber keine essenzielle strukturelle Eigenschaft dieses Signals.
ZusĂ€tzlich zur Charakterisierung der Signal-Anker-DomĂ€nen wurde der Importmechanismus dieser Proteinklasse untersucht. Dieser ist gemÀà unserer Ergebnisse nicht von den bekannten Importrezeptoren, Tom20 und Tom70, abhĂ€ngig, benötigt aber sehr wohl die zentrale Tom-Komponente Tom40. Im Gegensatz zu Vorstufen von Proteinen interner mitochondrialer Kompartimente und von beta-Barrel-Proteinen der AuĂenmembran scheinen die Vorstufen von Proteinen mit einer Signal-Anker-DomĂ€ne nicht ĂŒber den von Tom40 gebildeten Kanal importiert zu werden. Höchstwahrscheinlich werden diese Proteine durch andere Teile von Tom40 erkannt und anschlieĂend an der Protein-Lipid-Interphase in die Membran eingebaut.
Die zweite untersuchte Proteinklasse der mitochondrialen AuĂenmembran sind die beta-Barrel-Proteine, welche ĂŒber mehrere antiparallele beta-FaltblĂ€tter in der Membran verankert sind. Diese Proteine sind neben Mitochondrien in der AuĂenmembran von Chloroplasten und gram-negativen Bakterien zu finden. Zu Beginn dieser Arbeit war wenig ĂŒber die Biogenese mitochondrialer beta-Barrel-Proteine bekannt. Wir konnten zeigen, dass diese Proteinklasse ĂŒber einen evolutionĂ€r konservierten Weg in Mitochondrien importiert wird. Beta-Barrel-Proteine werden zunĂ€chst mit Hilfe des TOM-Komplexes zur Intermembranraumseite transportiert. Von dort werden sie durch einen zweiten oligomeren Proteinkomplex, den TOB-Komplex, in die AuĂenmembran eingebaut. Als erste Tob-Komponente konnten wir das essenzielle Protein Tob55 identifizieren und charakterisieren. Es kann eine Pore in Lipidmembranen bilden und könnte folglich fĂŒr die Insertion der beta-Barrel-Vorstufen in die AuĂenmembran verantwortlich sein. Mas37 wurde ebenfalls als Bestandteil dieses Komplexes beschrieben. Auf der Suche nach weiteren Komponenten konnte ich Tob38 mit Tob55 zusammen reinigen. Tob38 ist wie Tob55 essenziell fĂŒr das Wachstum von Hefezellen und fĂŒr die Funktion des TOB-Komplexes. Es ist auf der OberflĂ€che der mitochondrialen AuĂenmembran lokalisiert. Tob38 interagiert mit Mas37 und Tob55 und ist auch in Abwesenheit von Mas37 mit Tob55 assoziiert. Der Tob38-Tob55 Kernkomplex bindet Vorstufen von beta-Barrel-Proteinen und ermöglicht deren Einbau in die AuĂenmembran. Die Depletion von Tob38 fĂŒhrt zu stark verringerten Mengen an Tob55 und Mas37 und die verbleibenden Proteine bilden keinen Komplex mehr. Der Import von beta-Barrel-Vorstufenproteinen in Tob38-depletierte Mitochondrien ist stark beeintrĂ€chtigt, wohingegen andere AuĂenmembranproteine oder Proteine anderer mitochondrialer Subkompartimente mit gleicher Effizienz wie in Wildtyp-Organellen importiert werden. Demnach besitzt Tob38 eine Ă€uĂerst wichtige und spezifische Funktion bei der Biogenese von mitochondrialen beta-Barrel-Proteinen. Es könnte fĂŒr die StabilitĂ€t und Assemblierung des TOB-Komplexes notwendig sein oder an der Ausbildung einer transienten Assoziation zwischen dem TOM- und dem TOB-Komplex beteiligt sein und dabei den Transfer von Vorstufenproteinen erleichtern. Andererseits könnte Tob38 auch als Regulator der von Tob55 gebildeten Pore fungieren.
Mim1 konnte im Rahmen dieser Arbeit als eine weitere am Import bzw. der Assemblierung des beta-Barrel-Proteins Tom40 beteiligte Komponente charakterisiert werden. Die Depletion von Mim1 fĂŒhrt zu stark verringerten Mengen an assembliertem TOM-Komplex und zur Akkumulation von Tom40 als niedermolekulare Spezies. Wie alle mitochondrialen beta-Barrel-Proteine werden die Vorstufen von Tom40 durch den TOB-Komplex in die AuĂenmembran eingebaut. Mim1 wird höchstwahrscheinlich nach diesem TOB-abhĂ€ngigen Schritt benötigt. Aufgrund der starken Konservierung im Bereich des Transmembransegments von Mim1 beim Vergleich der Proteinsequenzen verschiedener Pilze könnte das Protein als eine Art Membran-Chaperon fungieren. Dabei könnte Mim1 notwendig sein, um nicht oder teilweise assembliertes Tom40 in einer kompetenten Form fĂŒr die Assemblierung mit den kleinen Tom-Proteinen und mit Tom22 zu halten. Mim1 ist weder eine Komponente des TOM-Komplexes noch des TOB-Komplexes, sondern scheint vielmehr Bestandteil eines weiteren, bisher nicht charakterisierten Komplexes zu sein. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass Mim1 eine spezifische und unverzichtbare Rolle bei der Assemblierung des TOM-Komplexes spielt
The mitochondrial import protein Mim1 promotes biogenesis of multispanning outer membrane proteins
The Mim1 complex imports α-helical mitochondrial outer membrane proteins with multiple transmembrane segments
Verfahren zur Mediumaufbereitung mit einem Excimer-Strahler und Excimer-Strahler zur DurchfĂŒhrung eines solchen Verfahrens
Development and Engineering of Excimer Flow Through Photoreactors for Wastewater Treatment by Vacuum-UV (VUV) Oxidation
Development and Engineering of Excimer Flow-Through Photoreactors for Waste Water Treatment
The N-terminal domain of Tob55 has a receptor-like function in the biogenesis of mitochondrial beta-barrel proteins
ÎČ-Barrel proteins constitute a distinct class of mitochondrial outer membrane proteins. For import into mitochondria, their precursor forms engage the TOM complex. They are then relayed to the TOB complex, which mediates their insertion into the outer membrane. We studied the structureâfunction relationships of the core component of the TOB complex, Tob55. Tob55 precursors with deletions in the N-terminal domain were not affected in their targeting to and insertion into the mitochondrial outer membrane. Replacement of wild-type Tob55 by these deletion variants resulted in reduced growth of cells, and mitochondria isolated from such cells were impaired in their capacity to import ÎČ-barrel precursors. The purified N-terminal domain was able to bind ÎČ-barrel precursors in a specific manner. Collectively, these results demonstrate that the N-terminal domain of Tob55 recognizes precursors of ÎČ-barrel proteins. This recognition may contribute to the coupling of the translocation of ÎČ-barrel precursors across the TOM complex to their interaction with the TOB complex
Multi-camera rectification using linearized trifocal tensor
Multi-camera systems such as linear camera arrays are commonly used to capture content for multi-baseline stereo estimation, view generation for auto-stereoscopic displays, or similar tasks. However, even after a careful mechanical alignment, residual vertical disparities and horizontal disparity offsets impair further processing steps. In consequence, the multicamera content needs to be rectified on a common baseline. The trifocal tensor represents the geometry between three cameras and hence is a helpful tool to calibrate a multi-camera system, and to derive rectifying homographies. Against this background we propose a new method for a robust estimation of the trifocal tensor specialized for linear camera arrays and subsequent rectifying homography computation based on feature point triplets
The N-terminal domain of Tob55 has a receptor-like function in the biogenesis of mitochondrial ÎČ-barrel proteins
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