Mechanisms of macromolecule import into the hydrogenosome

Abstract

Parasites exhibit remarkable diversity in their survival strategies. Various environmental conditions drive the adaptation and evolution of specialized organelles. The hydrogenosome, a type of anaerobic mitochondria, is adapted to function in anaerobic environments, which led to alterations in mitochondrial properties, including the loss of respiratory chain complexes, cristae, and genome. Like mitochondria, hydrogenosomes possess sophisticated yet altered translocation machineries essential for their proper function and biogenesis. In this thesis we investigate the macromolecule import into the hydrogenosome of the human parasite Trichomonas vaginalis with a focus on the translocase of the inner membrane (TIM), small Tim chaperones, and endoplasmic reticulum-mitochondria encounter structure (ERMES). TIM22, and TIM23, facilitate import to the mitochondrial inner membrane (IM) and matrix. In hydrogenosomes, the properties of the hydrogenosomal TIM and the mechanism by which translocation occurs remain poorly understood. We report unprecedented modification of TIM in T. vaginalis hydrogenosomes. We show that the import of the presequence-containing protein into the hydrogenosomal matrix is mediated by the hybrid TIM22-TIM23 complex that includes three highly divergent core components. Single-particle...

Paraziti jsou pozoruhodně rozmanití ve strategiích přežití. Různorodé podmínky prostředí jsou hnacím motorem adaptace a evoluce specializovaných organel. Hydrogenozom, typ anaerobní mitochondrie, je přizpůsoben anaerobnímu prostředí, což vedlo ke ztrátě komplexů dýchacího řetězce, krist a genomu. Hydrogenozomy mají podobně jako mitochondrie sofistikované mechanizmy importu proteinů, které jsou pravděpodobně díky životu v anaerobním prostředí značně diverzifikované. Tato práce se zabývá importem makromolekul do hydrogenozomu u lidského parazita Trichomonas vaginalis se zaměřením na translokázu vnitřní mitochondriální membrány (TIM), malé Tim chaperony a komplex spojující endoplazmatické retikulum (ER) a mitochondrie (ERMES). TIM22 a TIM23 zprostředkovávají import proteinů do vnitřní membrány (IM) a matrix. U hydrogenozomů jsou mechanismy importu do IM nedostatečně objasněny. Ukázali jsme, že import proteinů s pre-sekvencí je do hydrogenozomální matrix zprostředkován hybridním komplexem TIM22-TIM23. Jednočásticová elektronová mikroskopie izolovaného komplexu TvTIM odhalila přítomnost prstence složeného z malých Timů. Malé Timy jsou 10 kDa velké proteiny tvořící hexamerické struktury, které přenáší hydrofobní proteiny v mezimembránovém prostoru (IMS) mitochondrií. Malé Timy jsou u T. vaginalis vysoce...