Physiological interactions and stabilities of inner mitochondrial membrane complexes.

Abstract

Inner mitochondrial membrane (IMM) is composed of a phospholipid bilayer with a typically high ratio of protein complexes forming different complexes which execute different functions being reflected into the physiology of the whole organism. To maintain all these functions, as well as to have an ability to respond to various stress stimuli, the individual complexes of the respiratory chain interact, most likely to enhance the electron flow between these complexes, allowing the respiration steps from electron transfer from NADH to molecular oxygen to occur more efficiently. Other interactions between the complexes of the respiratory chain and other IMM complexes have been suggested. However, the underlying molecular details and functional relevance of such interactions are far from being elucidated. One of these many uncharacterised interactions involves the cytochrome c oxidase (COX), the terminal oxidase complex of the respiratory chain, and mitochondrial calcium uniporter complex (MCUC), the main gate to calcium entry into the mitochondrial matrix. Perhaps surprisingly, preliminary data from a systematic unbiased BioID analysis of MCUC subunits has consistently revealed an interaction between MCUC and COX subunits and assembly factors. In addition, SILAC-based quantitative proteomics also showed...

Souhrn Vnitřní membrána mitochondrií je zcela zásadní z hlediska funkčnosti mitochondrie. Typicky je složena z fosfolipidové dvojvrstvy a obrovského množství proteinových komplexů. Tyto komplexy mají řadu různých funkcí nezbytných pro správnou fyziologii nejen mitochondrie samotné, ale i organismu jako celku. Aby byly membránové proteiny schopny správně tyto funkce zajistit, a navíc zvládly včasně reagovat na případné stimuly vnějšího prostředí, musí mezi sebou vzájemně interagovat. Avšak molekulární podstata a přesný funkční význam mnohých těchto interakcí, stejně tak jako jejich možná farmakologická regulace stále nejsou s přesností objasněny. Jednou z těchto doposud neobjasněných interakcí je interakce mezi komplexem dýchacího řetězce cytochrom c-oxidázou (komplex IV, COX) a vápníkovým kanálem vnitřní membrány mitochondrie (MCUC), jehož klíčovou funkcí je regulace vstupu vápníku do mitochondriální matrix. Na možnou interakci těchto dvou komplexů poukázaly překvapivé výsledky ze dvou na sobě nezávisle provedených experimentů, konkrétně BioID analýzy podjednotek MCUC a proteomické metody SILAC dělané pro COX deficientní buňky. Na základě těchto výsledků se naše práce zaměřovala na detailní strukturální identifikaci a funkční charakterizaci této interakce, přičemž jako hlavní nástroj byla využita technika...