|
|
Subunit c of mammalian F1Fo ATP synthase - from molecular mechanisms of assembly to potential therapies
Marković, Aleksandra ; Mráček, Tomáš (vedoucí práce) ; Trnka, Jan (oponent) ; Rohlena, Jakub (oponent)
Savčí ATP syntáza F1Fo hraje klíčovou roli v produkci ATP prostřednictvím procesu oxidativní fosforylace. Sestavení tohoto složitého proteinového komplexu vyžaduje specifické asemblační faktory. Je pozoruhodné, že navzdory desetiletím výzkumu zůstává import podjednotky c, její začlenění do vnitřní mitochondriální membrány a sestavení monomerů do oktamerického c- kruhu záhadou. Abychom na tento proces lépe prozkoumali, provedli jsme nejprve screening interakčních partnerů podjednotky c pomocí přístupu založeném na hmotnostní spektrometrii. Náš screening identifikoval tři proteiny jako nejvýznamnější interaktory podjednotky c - TMEM70, TMEM242 a C15orf61, které jsme následně charakterizovali. Pro počáteční charakterizaci funkce TMEM242 jsme vytvořili knockdow i knockout modely HEK293 buněk. Deplece TMEM242 vedla k poruše biogeneze a snížení množství sestavené ATP syntázy bez ovlivnění obsahu ostatních OXPHOS komplexů. Naopak úplné vyřazení TMEM242 vedlo ke snížení množství komplexů I a IV, což naznačuje, že primárním cílem TMEM242 je ATP syntáza. Zatímco jiné studie naznačovaly, že TMEM242 i TMEM70 interagují s meziproduktem komplexu I v mitochondriích (MCIA), naše komplexomická analýza odhalila migrační posun TMEM70 směrem k MCIA pouze při poruše biogeneze OXPHOS. U TMEM70 jsme identifikovali jeho...
|
|
|
Studium mitochondriální morfologie v pankreatických β-buňkách v závislosti na přítomnosti různých druhů sekretagogů
Lorenc, David ; Dlasková, Andrea (vedoucí práce) ; Mráček, Tomáš (oponent)
Glukozová homeostáza organismu je klíčová pro jeho správné fungování. Na jejím udržovaní se zásadním způsobem podílejí pankreatické β-buňky, které slouží jako senzor změny koncentrace glukózy v krvi a zodpovídají za adekvátní výlev hormonu insulinu. Zvýšená koncentrace glukózy aktivuje oxidativní fosforylaci a následně dochází k navýšení koncentrace buněčného ATP, které poté nepřímo stimuluje sekreci insulinu. Proces oxidativní fosforylace je lokalizován ve vnitřní mitochondriální membráně, kde probíhá finální fáze zpracování energie substrátu na ATP. Aby byl proces oxidativní fosforylace co nejefektivnější, mitochondriální síť prochází řadou morfologických změn. V této práci jsme se zaměřili na objasnění vlivu změn koncentrace nutrientů na mitochondriální morfologii na modelu pankreatických β-buněk, tkáňové linii INS1E. Jako experimentální podmínky jsme použili: 1) vysokou koncentraci glukózy, při které dochází k maximální sekreci insulinu, 2) nízkou koncentraci glukózy, při které sekrece insulinu neprobíhá, a 3) přídavek α-ketoisokaproátu, metabolitu leucinu, který amplifikuje sekreci insulinu. První jsme charakterizovali bioenergetické parametry, které ovlivňují mitochondriální morfologii. Snížením koncentrace glukózy došlo ke snížení buněčné respirace, zároveň byl pozorován nárůst...
|
|
|
Molecular basis of deficit of F1Fo-ATP synthase and its impact on energy metabolism of a cell
Štufková, Hana ; Tesařová, Markéta (vedoucí práce) ; Kuncová, Jitka (oponent) ; Janovská, Petra (oponent)
Hlavní funkcí mitochondrií je produkce energie prostřednictvím procesu oxidační fosforylace. ATP syntáza je makromolekulární rotační stroj lokalizovaný ve vnitřní mitochondriální membráně katalyzující syntézu adenosintrifosfátu (ATP) z adenosindifosfátu (ADP) a anorganického fosfátu (Pi). Mitochondrialní poruchy ATP syntázy představují heterogenní skupinu onemocnění charakterizovanou různou závažností klinického fenotypu s nástupem od narození nebo v pozdějších fázích života. Mutace v mitochondriální nebo jaderné DNA mohou vést k poruše ATP syntázy, a to buď izolovaně, nebo v kombinaci s defekty dalších komplexů systému oxidační fosforylace. Cílem práce bylo charakterizovat protein TMEM70, asemblační faktor ATP syntázy, a studovat vliv nových variant vedoucích k deficitu ATP syntázy v pacientských vzorcích. TMEM70 je 21 kDa velký protein vnitřní mitochondriální membrány s orientací obou konců do mitochondriální matrix, který tvoří v membráně vyšší oligomerní struktury. Naše výsledky ukázaly, že absence proteinu TMEM70 vede ke vzniku izolovaného deficitu komplexu V, s přítomností adaptačního/kompenzačního efektu komplexů dýchacího řetězce. Ve svalových mitochondriích byly pozorovány různé stupně deficitu ATP syntázy způsobené extrémně vzácnými heteroplazmatickými variantami v genu MT-ATP6. Zatímco...
|
|
|
Biogenesis, structure and physiological functions of mitochondrial ATP synthase
Eliáš, Jan ; Mráček, Tomáš (vedoucí práce) ; Doležal, Pavel (oponent)
Savčí mitochondriální ATP syntáza je enzym skládající se z 18 proteinových podjednotek, jenž se nachází ve vnitřní membráně mitochondrie. Její hlavní funkcí je využívat protonový gradient, který je utvářen komplexy respiračního řetězce (RCC), za účelem tvorby ATP. Vedle tvorby ATP je známo, že se dimery ATP syntázy podílejí na správné mitochondriální morfologii skrze tvorbu apexů krist. Dále bylo navrženo, že je rovněž zapojena ve fenoménu mitochondriální přechodné propustnosti, který má důležitou funkci v regulaci programované buněčné smrti. V posledních letech bylo na poli studia biogeneze savčí ATP syntázy dosaženo řady úspěchů. Proces jejího sestavování je nyní objasněn, nicméně poznatky o asemblačních faktorech periferního stonku a podjednotky c jsou stále neúplné. Právě za účelem zodpovězení těchto otázek na polích biogeneze a sekundarních rolí savčí ATP syntázy jsme vytvořili KO model katalytické β podjednotky F1 části savčí ATP syntázy (βKO). Tento model byl připraven na pozadí buněčné linie HEK293. Jeho následná charakterizace ukázala, že narušení F1 struktury enzymu vyústilo v nemožnost složení funkčního monomeru a došlo k rozpadu jednotlivých podjednotek. Jediným stabilním asemblačním intermediátem, jenž byl odhalen, byl oktamer podjednotky c, který oproti kontrole vykazoval zvýšenou stabilitu. V...
|
|
|
Mitochondrial ATP synthase deficiencies of a nuclear genetic origin
Karbanová, Vendula ; Houštěk, Josef (vedoucí práce) ; Kalous, Martin (oponent) ; Rossmeisl, Martin (oponent)
ATP syntáza je klíčový enzym buněčného metabolismu a defekty ATP syntázy patří k nejzávažnějším mitochondriálním onemocněním postihujícím dětskou populaci. Cílem této práce bylo identifikovat genetické defekty a popsat patogenní mechanismy narušení biosyntézy ATP syntázy, které vedou k izolované deficienci tohoto enzymu a projevují se jako mitochondriální encefalomyopatie s nástupem v novorozeneckém věku. Studie skupiny 25 pacientů vedla k identifikaci dvou jaderných genů zodpovědných za deficienci ATP syntázy. První postižený gen byl TMEM70 kódující neznámý mitochondriální protein. Tento protein byl popsán jako nový asemblační faktor ATP syntázy, první specifický pro vyšší eukaryota. Jeho velikost je 21 kDa, nachází se ve vnitřní mitochondriální membráně a není přítomný v tkáních pacientů. Mutace v TMEM70 genu byla nalezena u 23 pacientů a ukázala se být nejčastější příčinou deficience ATP syntázy. Studie na buněčných kulturách ukázaly, že defekt enzymu vede ke kompenzačně-adaptačnímu zvýšení komplexů IV a III respiračního řetězce způsobenému posttranskripční regulací jejich biosyntézy. Druhým postiženým genem byl ATP5E, který kóduje malou strukturní epsilon podjednotku ATP syntázy. Záměna konzervovaného Tyr12 za Cys způsobuje významný pokles obsahu ATP syntázy, ale zároveň akumulaci hydrofobní...
|
|
| |
|
|
Studium exprese a maturace mitochondriálního systému oxidativní fosforylace v průběhu prenatálního vývoje savců
Mrhálková, Andrea ; Hůlková, Martina (vedoucí práce) ; Ješina, Pavel (oponent)
Postnatální adaptace novorozence na extrauterinní prostředí je kromě jiného závislá na maturaci mitochondriálního systému oxidativní fosforylace (OXPHOS). Pro proces maturace je nezbytný efektivní průběh mitochondriální biogeneze během fetálního vývoje. Nedostatečnost systému OXPHOS se podílí na mortalitě a morbiditě předčasně narozených dětí. Hlubší porozumění průběhu mitochondriální biogeneze na molekulárně genetické a biochemické úrovni je tedy důležité pro zlepšení péče o předčasně narozené děti, zvláště o kriticky nemocné novorozence. Práce vznikla v Laboratoři pro studium mitochondriálních poruch na Klinice dětského a dorostového lékařství, 1. LF UK v Praze. Studie byla zaměřena na molekulárně genetické analýzy genů kódujících podjednotky ATP syntázy a charakterizaci změn v množství mitochondriální DNA v průběhu fetálního vývoje člověka a potkana. Výsledky přispívají k pochopení procesu mitochondriální biogeneze respektive biogeneze ATP syntázy ve fetálních tkáních člověka a potkana.
|
|
|
Structural and Functional Interactions of Mitochondrial ADP-Phosphorylating Apparatus
Nůsková, Hana ; Houštěk, Josef (vedoucí práce) ; Kolarov, Jordan (oponent) ; Kuda, Ondřej (oponent) ; Panicucci Zíková, Alena (oponent)
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...
|
|
|
Mechanizmy regulace inhibičního faktoru IF1
Sklenář, Filip ; Dlasková, Andrea (vedoucí práce) ; Zelenka, Jaroslav (oponent)
Inhibiční faktor 1 (IF1) je jedním z hlavních regulátorů aktivity mitochondriální ATP syntázy, klíčového enzymu energetického metabolismu. Jsou známé jeho inhibiční účinky ve stavech jako je například hypoxie, nebo hladovění, avšak nejednotná je doposud hypotéza, zda IF1 inhibuje aktivitu ATP syntázy i za fyziologických podmínek. Poruchy regulace ATP syntázy mohou mít pro buňku fatální následky a byly popsány například u karcinogeneze a ischémie. Rovněž bylo zjištěno, že umlčení genu pro IF1 v pankreatických β-buňkách zvyšuje sekreci inzulinu, a tedy může mít IF1 význam v patogenezi diabetu 2. typu. Cílem této práce je shrnout aktuální poznatky týkající se proteinu IF1 a získat nové výsledky, které pomohou objasnit mechanismus, jakým tento protein reguluje mitochondriální ATP syntázu. Konkrétně se tato práce zabývá poměrem proteinu IF1 vůči ATP syntáze v pankreatických β-buňkách, v závislosti na různých kultivačních podmínkách. Dále zkoumá výskyt post- translačních modifikací proteinu IF1 v pankreatických β-buňkách (modelových buňkách INS-1E), které mohou hrát roli v regulaci aktivity IF1. Rovněž se zabývá poměrem buněčného ATP/ADP, který je jedním z klíčových faktorů pro sekreci inzulinu pankreatickými β-buňkami. Důležitou částí této práce jsou také experimenty na izolovaných jaterních...
|
|
|
Struktura a fyziologický význam mitochondriálního póru přechodné propustnosti
Eliáš, Jan ; Mráček, Tomáš (vedoucí práce) ; Kalous, Martin (oponent)
Mitochondriální pór přechodné propustnosti (mPTP) je Ca2+ dependentním kanálem nacházejícím se ve vnitřní mitochondriální membráně, který je inhibován nanomolárními koncentracemi imunosupresiva cyklosporinu A. Společně s dalšími interagujícími proteiny, které regulují jeho otevření, utváří mPTP proteinový komplex přechodné propustnosti. Přetrvávající otevření mPTP je doprovázeno bobtnáním mitochondrií a následným kolapsem organely, jež předchází vyplavení proapoptotických proteinů a programované buněčné smrti. Kanál utvářející proteinová jednotka mPTP zůstává i přes intenzivní dlouholetý výzkum neznámá. Napříč historií zkoumání mPTP byl za kanál utvářející jednotku přijímán proteinový komplex ANT-VDAC, samotný protein ANT, PiC i ATP syntáza. I přes skutečnost, že nám doposud není známá přesná strukturní podstata, je mPTP přisuzována role v celé řadě onemocnění a patofyziologických stavů s nimi spojenými. Patří mezi ně zejména role v ischemickém/reoxidačním poškození, nervových a svalových dystrofiích i v nádorovém bujení. Klíčová slova: mitochondrie, mitochondriální pór přechodné propustnosti, cyklosporin A, programovaná buněčná smrt, ATP syntáza, oxidačně fosforylační aparát.
|
host ::
RSS.