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Mitochondrial biogenesis in the unicellular parasite Trypanosoma brucei

English title Mitochondrial biogenesis in the unicellular parasite Trypanosoma brucei
Applicant Schneider André
Number 156940
Funding scheme Project funding (Div. I-III)
Research institution Departement für Chemie und Biochemie Universität Bern
Institution of higher education University of Berne - BE
Main discipline Biochemistry
Start/End 01.01.2015 - 31.12.2017
Approved amount 766'146.00
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Keywords (5)

trypanosoma; outer mitochondrial membrane; evolution; protein import; mitochondria

Lay Summary (German)

Lead
Wie entstehen Mitochondrien und welche Rolle haben sie bei der Entstehung von komplexen Zellen gespielt? In diesem Forschungsprojekt wird der einzellige Parasit Trypanosoma brucei als Modellsystem gebraucht um diese Fragen zu studieren. Das mitochondrielle Proteinimportsystem ist dabei von besonderem Interesse, da es ganz anders aufgebaut ist als in anderen komplexen Zellen. Eine vergleichende Analyse verschiedener Proteinimportsysteme erlaubt es deshalb Rückschlüsse zu ziehen wie die ersten komplexen Zellen enstanden sein könnten.
Lay summary

Alle komplexen Zellen haben abgetrennte Kompartimente welche Organellen genannt werden. Die wohl wichtigsten Organellen sind der Zellkern und das Mitochondrium, welches als Kraftwerk dient.  Vieles deutet darauf hin, dass die Mitochondrien die ältesten Organellen sind. Die Entstehung der Mitochondrien war also, neben der Entstehung der ersten Zelle überhaupt, das wohl wichtigste Ereignis in der Geschichte des Lebens.

Die Entstehungsgeschichte des Mitochondriums ist die Hauptfrage mit der sich das vorliegende Forschungsprojekt befasst. Wir wissen, dass vor etwa zwei Milliarden Jahren eine einfache Zelle ein Bakterium in sich aufgenommen hat aus dem dann das Mitochondrium entstanden ist. Dazu mussten Importsysteme entwickelt werden, die es der neu entstandenen Organelle erlaubten Stoffe von der "Wirtszelle" aufzunehmen. Das Importsystem für Proteine ist hier von besonderem Interesse, denn Proteine sind schwierig zu transportieren. Dank Forschungen mit Hefezellen wissen wir heute wie die Protein Import-Maschinerien von Mitochondrien aussehen. Wir wissen allerdings nicht, ob diese in allen Eukaryonten gleich aufgebaut sind and wie sie sich entwickelt haben.

Im vorliegenden Forschungsprojekt versuchen wir diesen beiden Fragen auf den Grund zu gehen indem wir das Mitochondrium von Trypanosomen erforschen. Trypanosomen sind Protozoen die sich in der Evolution sehr früh von praktisch allen anderen Eukaryonten abgespalten haben. Unser Ziel ist es das mitochondrielle Proteinimportsystem in diesem Einzeller zu identifizieren und funktionell zu charakterisieren. Erste Ergebnisse zeigen, dass es hier grosse Unterscheide zu Hefe gibt. Ein Vergleich der Gemeinsamkeiten und Unterschiede der beiden Systeme sollte es deshalb erlauben zu rekonstruieren wie die ursprüngliche Proteinimportmaschinerie im Urahne aller eukaryontischen Zellen ausgesehen haben könnte. Diese Erkenntnisse wiederum werden helfen Szenarien zu fomulieren, wie sich der Prototyp so eines Systemes entwickelt haben könnte.

Direct link to Lay Summary Last update: 25.09.2014

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Publications

Publication
tRNAs and proteins use the same import channel for translocation across the mitochondrial outer membrane of trypanosomes
Niemann Moritz, Harsman Anke, Mani Jan, Peikert Christian D., Oeljeklaus Silke, Warscheid Bettina, Wagner Richard, Schneider André (2017), tRNAs and proteins use the same import channel for translocation across the mitochondrial outer membrane of trypanosomes, in Proceedings of the National Academy of Sciences, 114(37), E7679-E7687.
Charting organellar importomes by quantitative mass spectrometry
Peikert C. D. Mani J. Morgenstern M. Käser S. Knapp B. Wenger C. Harsman A. Oeljeklaus S. Sc (2017), Charting organellar importomes by quantitative mass spectrometry, in Nat. Commun. , 15272.
Biogenesis of a Mitochondrial Outer Membrane Protein in Trypanosoma brucei: TARGETING SIGNAL AND DEPENDENCE ON A UNIQUE BIOGENESIS FACTOR
Bruggisser Julia, Käser Sandro, Mani Jan, Schneider André (2017), Biogenesis of a Mitochondrial Outer Membrane Protein in Trypanosoma brucei: TARGETING SIGNAL AND DEPENDENCE ON A UNIQUE BIOGENESIS FACTOR, in Journal of Biological Chemistry, 292(8), 3400-3410.
Mitochondrial protein import - Functional analysis of the highly diverged Tom22 orthologue of Trypanosoma brucei.
Mani Jan, Rout Samuel, Desy Silvia, Schneider André (2017), Mitochondrial protein import - Functional analysis of the highly diverged Tom22 orthologue of Trypanosoma brucei., in Scientific reports, 7, 40738-40738.
Mitochondrial protein import in trypanosomes: Expect the unexpected.
Harsman Anke, Schneider André (2017), Mitochondrial protein import in trypanosomes: Expect the unexpected., in Traffic (Copenhagen, Denmark), 18(2), 96-109.
The non-canonical mitochondrial inner membrane presequence translocase of trypanosomatids contains two essential rhomboid-like proteins.
Harsman Anke, Oeljeklaus Silke, Wenger Christoph, Huot Jonathan L, Warscheid Bettina, Schneider André (2016), The non-canonical mitochondrial inner membrane presequence translocase of trypanosomatids contains two essential rhomboid-like proteins., in Nature communications, 7, 13707-13707.
TbLOK1/ATOM19 is a novel subunit of the non-canonical mitochondrial outer membrane protein translocase of Trypanosoma brucei
Desy S. Mani J. Harsman A. Käser S. and Schneider A. (2016), TbLOK1/ATOM19 is a novel subunit of the non-canonical mitochondrial outer membrane protein translocase of Trypanosoma brucei, in Mol. Microbiol., 102(3), 520-529.
Outer membrane protein functions as integrator of protein import and DNA inheritance in mitochondria.
Käser S. Oeljeklaus S. Tyc J. Vaughan S. Warscheid B. and Schneider A. (2016), Outer membrane protein functions as integrator of protein import and DNA inheritance in mitochondria., in Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 113(31), E4467-E4475.
Phosphatidylethanolamine and phosphatidylcholine biosynthesis by the Kennedy pathway occurs at different sites in Trypanosoma brucei
Farine L. Niemann M. Schneider A. and Butikofer P. (2015), Phosphatidylethanolamine and phosphatidylcholine biosynthesis by the Kennedy pathway occurs at different sites in Trypanosoma brucei, in Sci. Rep., 5, 16787.
Peeping at TOMs-Diverse Entry Gates to Mitochondria Provide Insights into the Evolution of Eukaryotes. Mol. Biol. Evol. 33, 337-351
Mani J. Meisinger C. and Schneider A (2015), Peeping at TOMs-Diverse Entry Gates to Mitochondria Provide Insights into the Evolution of Eukaryotes. Mol. Biol. Evol. 33, 337-351, in Mol. Biol. Evol., 33(2), 337-351.
A component of the mitochondrial outer membrane proteome of T. brucei probably contains covalent bound fatty acids
Albisetti A. Wiese S. Schneider A. and Niemann M. (2015), A component of the mitochondrial outer membrane proteome of T. brucei probably contains covalent bound fatty acids, in Exp. Parasitol., 155, 49-57.
An Atypical Mitochondrial Carrier That Mediates Drug Action in Trypanosoma brucei
de Macedo J. P. Schumann Burkard G. Niemann M. Barrett M. P. Vial H. Maser P. Roditi I. (2015), An Atypical Mitochondrial Carrier That Mediates Drug Action in Trypanosoma brucei, in PLoS Pathog., 11(5), e10048.
Mitochondrial protein import receptors in Kinetoplastids reveal convergent evolution over large phylogenetic distances.
Mani Jan, Desy Silvia, Niemann Moritz, Chanfon Astrid, Oeljeklaus Silke, Pusnik Mascha, Schmidt Oliver, Gerbeth Carolin, Meisinger Chris, Warscheid Bettina, Schneider André (2015), Mitochondrial protein import receptors in Kinetoplastids reveal convergent evolution over large phylogenetic distances., in Nature communications, 6, 6646-6646.

Collaboration

Group / person Country
Types of collaboration
Prof. Bettina Warscheid/University of Freiburg Germany (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
Chris Meisinger/University of Freiburg Germany (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
Peter Bütikofer/University of Bern Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
Sue Vaughan/Oxford Brookes University Great Britain and Northern Ireland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication

Scientific events

Active participation

Title Type of contribution Title of article or contribution Date Place Persons involved
EMBO/FEBS workshop "Mitochondria in Life, Death and Disease" Talk given at a conference Mitochondrial biogenesis in trypanosomes - Expect the unexpected 09.10.2017 Bari, Italy Schneider André;
68. Mosbacher Kolloquium – „Cell Organelles – Origin, Dynamics, Communication" Talk given at a conference Mitochondrial biogenesis in trypanosomes - Expect the unexpected 30.03.2017 Mosbach, Germany Schneider André;
26th tRNA Conference Poster Biology of tRNAs in Trypanosoma brucei during stress 04.09.2016 Jeju, Korean Republic (South Korea) Schneider André;
BSP Trypanosomiasis & Leishmaniasis Seminar 2016 Talk given at a conference The non-canonical mitochondrial inner membrane protein translocase of trypanosomatids contains two essential rhomboid-like proteins 04.09.2016 Ceske Budejovice, Czech Republic Schneider André;
FEBS/EMBO course: Mitochondria in life, death and disease Talk given at a conference What can a unicellular parasite tell us about mitochondrial biogenesis? 12.10.2015 Fodeles, Kreta, Greece Schneider André;
CUSO doctoral program Molecular Plant Sciences: Endosymbiotic organelles Talk given at a conference What can a parasite tell us about mitochondrial biogenesis 03.09.2015 Neuchâtel, Switzerland Schneider André;


Self-organised

Title Date Place
EMBO/FEBS workshop "Mitochondria in Life, Death and Disease" 09.10.2017 Bari, Italy

Communication with the public

Communication Title Media Place Year
Media relations: print media, online media Das Tor zu Mitochondrien schliessen Medienmitteilung Universität Bern German-speaking Switzerland 2017
Media relations: print media, online media Ein ungewöhnlicher Lieferservice Medienmitteilung der Universität Bern German-speaking Switzerland 2017
Media relations: print media, online media Wie komplexe Zellen entstanden sind Medienmitteilung Universität Bern German-speaking Switzerland 2016
Media relations: print media, online media Tödliche Parasiten erfinden das Rad neu Medienmitteilung der Universität Bern German-speaking Switzerland 2015

Awards

Title Year
Dr. Lutz Zwillenberg-Preis 2017

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
138355 Mitochondrial biogenesis in T. brucei - import of macromolecules 01.01.2012 Project funding (Div. I-III)
141735 NCCR RNA & disease: Understanding the role of RNA biology in disease mechanisms (phase I) 01.05.2014 National Centres of Competence in Research (NCCRs)
175563 Mitochondrial biogenesis in Trypanosoma brucei - Expect the unexpected 01.01.2018 Project funding (Div. I-III)

Abstract

The proposed work represents an extension of the previous project „Mitochondrial biogenesis in T. brucei - import of macromolecules“ (31003A_138355). The main emphasis of the proposal will be on mitochondrial protein and mitochondrial tRNA import.-We intend to characterize the protein complex that forms the mitochondrial outer membrane protein translocase in T. brucei and to study the function of its components.-We will extend our studies to the inner membrane and characterize the protein translocase(s) in this compartment. -We will investigate the involvement of the outer and inner membrane protein translocases in mitochondrial tRNA import. To achieve the aims described above we will use various in vivo and in vitro approaches. Moreover we will make use of novel SILAC-based proteomic analyses and determine the mitochondrial proteome across the life cycle of the parasite.
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