Structural and Functional Interactions of Mitochondrial ADP-Phosphorylating Apparatus

Abstract

Komplexy oxidativní fosforylace (OXPHOS) se ve vnitřní mitochondriální membráně sdružují ve vyšší strukturní a funkční celky, tzv. superkomplexy. Jejich význam spočívá v cíleném směrování substrátu z jednoho komplexu na druhý. V případě ATP syntázy byly popsány její dimery i vyšší oligomery a také ATP syntazom, v rámci nějž dochází k seskupení ATP syntázy s přenašečem adeninových nukleotidů (ANT), zajišťujícím výměnu syntetizovaného ATP za cytosolické ADP, a fosfátovým přenašečem (PiC), umožňujícím import fosfátu do matrix mitochondrie. I když je existence tohoto superkomplexu obecně přijímána, experimentální důkazy nejsou dostatečné. V rámci této práce byly detailně zkoumány strukturní interakce ATP syntázy, ANT a PiC. Jejich vzájemné vztahy byly sledovány nejprve na úrovni exprese jednotlivých komponent ATP syntazomu, ať již za fyziologických podmínek v různých tkáních potkana, nebo na modelu deficiencí ATP syntázy v buňkách pacientů s různými genetickými defekty ATP syntázy. Konkrétně se jednalo o mutace v jaderných genech ATP5E a TMEM70, které kódují podjednotku ε, respektive pomocný faktor v biogenezi ATP syntázy TMEM70, a o mikrodeleci na rozhraní genů MT-ATP6 a MT-COX3, která negativně ovlivňuje mitochondriální translaci podjednotek a ATP syntázy a Cox3 cytochrom c oxidázy. Funkční a...

The complexes of the oxidative phosphorylation (OXPHOS) system in the inner mitochondrial membrane are organised into structural and functional super-assemblies, so-called supercomplexes. This type of organisation enables substrate channelling and hence improves the overall OXPHOS efficiency. ATP synthase associates into dimers and higher oligomers. Within the supercomplex of ATP synthasome, it interacts with ADP/ATP translocase (ANT), which exchanges synthesised ATP for cytosolic ADP, and inorganic phosphate carrier (PiC), which imports phosphate into the mitochondrial matrix. The existence of this supercomplex is generally accepted. Experimental evidence is however still lacking. In this thesis, structural interactions between ATP synthase, ANT and PiC were studied in detail. In addition, the interdependence of their expression was examined either under physiological conditions in rat tissues or using model cell lines with ATP synthase deficiencies of different origin. Specifically, they included mutations in the nuclear genes ATP5E and TMEM70 that code for subunit ε and the ancillary factor of ATP synthase biogenesis TMEM70, respectively, and a microdeletion at the interface of genes MT-ATP6 and MT-COX3 that impairs the mitochondrial translation of both subunit a of ATP synthase and subunit Cox3...