@phdthesis{Kukat2007,
  author    = {Kukat, Alexandra},
  title     = {Mitochondriale Fusions- und Fissionsvorg{\"a}nge am Modellsystem von Mega-Mitochondrien einer rho0-Zelllinie},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-26484},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2007},
  abstract  = {Viele Funktionen der Mitochondrien basieren auf Prozessen, an denen sowohl mitochondriale wie auch kernkodierte Genprodukte beteiligt sind. Durch zahlreiche Interaktionen ist der Einfluss dieser Einzelkomponenten auf das zellul{\"a}re System oftmals nur schwierig erkennbar. Mit Hilfe von rho0 -Zellen, deren Mitochondrien {\"u}ber kein eigenes Genom mehr verf{\"u}gen, kann die mitochondriale Genkomponente ausgeschlossen werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurden zun{\"a}chst die metabolischen, proliferativen und morphologischen Eigenschaften einer rho0-Zelllinie 143B.TK-K7 untersucht, welche durch die Expression einer mitochondrial zielgesteuerten Restriktionsendonuklease hergestellt wurde. W{\"a}hrend der Kultivierung bilden sich im Zytoplasma der 143B.TK-K7-Zellen mit fortlaufender Kultivierungszeit und zunehmenden Azidifizierung des Mediums Mega-Mitochondrien. Diese entstehen sowohl durch zahlreiche Fusionsereignisse als auch einem Schwellen durch vermehrten Wassereinfluss in die Mitochondrienmatrix. Alle Mitochondrien liegen dann als große kugelf{\"o}rmige Strukturen in der Zelle vor und nehmen somit die geringste Oberfl{\"a}che zu einem vorhandenen Volumen ein. Die Entstehung der Mega-Mitochondrien ist dabei abh{\"a}ngig von einer hohen Protonenkonzentration zus{\"a}tzlich zu einer ausreichend großen Menge an Laktat im Medium (Milchs{\"a}ure). Zudem zeigt sich, dass auch in Zellen, welche noch ein mitochondriales Genom besitzen, durch diese Bedingungen die Bildung von Mega-Mitochondrien induziert werden kann. Bei der Entstehung der Mega-Mitochondrien handelt es sich zun{\"a}chst nicht um apoptotische Vorg{\"a}nge, da durch den Austausch des aziden Mediums eine {\"a}ußerst schnelle R{\"u}ckbildung in ein, den rho0-Zellen {\"a}hnliches Mitochondriennetzwerk erfolgt. Metabolische Untersuchungen zeigen, dass f{\"u}r die R{\"u}ckbildung der Mega-Mitochondrien zu einem Netzwerk ausschließlich die im Medium vorhandene Protonenkonzentration ausreichend gering sein muss. Durch immunzytochemische Untersuchungen wurde deutlich, dass sowohl das mitochondriale Fusionsprotein MFN2 wie auch das Fissionsprotein DNM1L w{\"a}hrend der Entstehung und auch R{\"u}ckbildung der Mega-Mitochondrien in punktf{\"o}rmigen Bereichen an der {\"a}ußeren Mitochondrienmembran lokalisieren. Um zu {\"u}berpr{\"u}fen, ob die Bildung der Mega-Mitochondrien durch einer {\"U}berexpression von Proteinen der Fissionsmaschinerie verhindert wird, wurden PAGFP- bzw. EGFP-Fusionsproteine mit hFis1 und DNM1L hergestellt und in die 143B.TK-K7-Zellen transfiziert. Dabei f{\"u}hrt eine verst{\"a}rkte Expression von hFis1 zu aggregierten Mitochondrien, welche zwar anschwellen, nach einem Mediumwechsel jedoch trotzdem bestehen bleiben. Eine {\"U}berexpression von DNM1L hat keinen Einfluss auf die Entstehung und R{\"u}ckbildung der Mega-Mitochondrien. Durch Inhibierung des Tubulin- bzw. Aktin-Zytoskeletts, konnte gezeigt werden, dass eine Zerst{\"o}rung des Tubulin-Zytoskeletts auf die Entstehung und R{\"u}ckbildung der Mega-Mitochondrien keine Auswirkungen hat. Die Untersuchungen zu dem Einfluss des Aktin-Zytoskeletts zeigen, dass die Mega-Mitochondrien ringf{\"o}rmig von dem Aktin-Zytoskelett umgeben sind. Mit Hilfe von Fluoreszenzprotein-Markern f{\"u}r die {\"a}ußere und innere Mitochondrienmembran wurden die Mega-Mitochondrien als Modellsystem f{\"u}r mitochondriale Fusions- und Fissionsstudien verwendet. Somit konnte in der vorliegenden Arbeit mitochondriale Fusion und Fission zum ersten Mal an lebenden Zellen direkt beobachtet werden und f{\"u}hrte nachfolgend zu der Einteilung von Fusionsvorg{\"a}ngen der Mitochondrien in einen Modus 1, bei dem eine zeitlich gekoppelte vollst{\"a}ndige Fusion von sowohl {\"a}ußerer wie auch innerer Membran geschieht und einen Modus 2, bei dem die Fusion der {\"a}ußeren Membranen ohne die Fusion der inneren Membranen erfolgt. In {\"a}hnlicher Weise kann die Fission von Mitochondrien unterteilt werden. In einem als Modus 1 bezeichneten Mechanismus beginnt die R{\"u}ckbildung der Mega-Mitochondrien zun{\"a}chst mit einer Tubulierung der Mitochondrien hin zu langen Mitochondrienschl{\"a}uchen, die einen nur geringen Durchmesser besitzen. Erst dann treten vermehrt zeitlich sehr schnell ablaufende Fissionsvorg{\"a}nge auf. Zus{\"a}tzlich wurde ein Modus 2-Mechanismus der Fission beobachtet, welcher aus einer unvollst{\"a}ndigen Fusion resultiert, bei dem die inneren Membranen noch nicht miteinander verschmolzen sind. Auf elektronenmikroskopischer Ebene finden w{\"a}hrend der Mega-Mitochondrien-Bildung drastische Ver{\"a}nderung von zwiebelringartigen Cristae hin zu einer Abnahme von inneren Membranstrukturen und der elektronendichte im Matrixraum statt. Somit ist im Rahmen dieser Arbeit zum ersten Mal eine optische Beobachtung sowohl dieser Bewegungen wie auch von Fusions- und Fissionsprozessen und deren zeitlich Aufl{\"o}sung in vivo mit Hilfe der Mega-Mitochondrien gelungen.},
  subject      = {Mitochondrium},
  language  = {de}
}