Heike Garstka
Dr. sc. hum.
Regulation der mitochondrialen Transkription durch den
mitochondrialen Transkriptionsfaktor A
Promotionsfach: Physiologie
Doktorvater: Herr Priv.-Doz. Dr. rer. nat. R. Wiesner
Säuger-Mitochondrien besitzen ein eigenes kleines Genom, das 13 essentielle
Untereinheiten der Atmungskettenkomplexe, sowie alle rRNAs und tRNAs für die
organelleigene Proteinsynthesemaschinerie kodiert. Die Mitochondrienbiogenese
wird vor allem in der Entwicklung und Differenzierung bei der Embryogenese, aber
auch während verschiedener physiologischer Anpassungsprozesse, wie z.B.
Ausdauertraining, reguliert. Dabei scheint die Regulation der Transkriptionsrate
der mitochondrialen DNA (mtDNA) ein wichtiger, wenn nicht essentieller Schritt
zu sein.
In vitro ist die mitochondriale RNA-Polymerase und ein einziges weiteres
Protein, der mitochondriale Transkriptionsfaktor A (mtTFA) notwendig und
hinreichend für eine effiziente und korrekte Initiation der mitochondrialen
Transkription an den mtDNA-Promotoren. Ausgehend von der Hypothese, daß es eine
Kausalitätsbeziehung zwischen mtTFA-Genexpression, der zellulären mtTFA-
Konzentration und der mitochondrialen Transkription in vivo gibt, wurde der
Einfluß von mtTFA auf die mitochondriale Transkription in zwei verschiedenen
Ansätzen untersucht. MtTFA wurde 1.) in HeLa-Zellen transient überexprimiert,
und 2.) in vitro im Kaninchen-Retikulozyten-Lysat synthetisiert und in isolierte
Rattenlebermitochondrien importiert. Es konnte gezeigt werden, daß es nach
Überexpression zum Anstieg der mtTFA-Konzentration kam. Gleichzeitig wurde in
der frühen Phase nach Transfektion (5 Stunden) eine Erhöhung, in der späten
Phase (15 Stunden) hingegen eine Erniedrigung der Gehalte der mitochondrialen
Transkripte CO I-mRNA und 12S rRNA beobachtet. Nach Import des in vitro
synthetisierten mtTFA in isolierte Mitochondrien kam es zu einer um den Faktor 2
erhöhten Einbaurate von Radioaktivität in alle mitochondrialen Transkripte.
Zusammenfassend konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, daß mtTFA in
Abhängigkeit von seiner intramitochondrialen Konzentration die
Transkriptionsrate reguliert, sowohl in vivo, als auch in organello. MtTFA
scheint somit eine Schlüsselfunktion bei der Aufrechterhaltung und der
Regulation der oxidativen Phosphorylierungs-Kapazität (OXPHOS) von Zellen
zuzukommen. Das mtTFA-Gen könnte also das Ziel der physiologischen Signale sein,
die zu einer Erhöhung der mtDNA-Transkription und einem Anstieg der OXPHOS-
Kapazität führen.
