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Background Parkinson's disease (PD) is an adult-onset movement disorder of largely unknown etiology. We have previously shown that loss-of-function mutations of the mitochondrial protein kinase PINK1 (PTEN induced putative kinase 1) cause the recessive PARK6 variant of PD. Methodology/Principal Findings Now we generated a PINK1 deficient mouse and observed several novel phenotypes: A progressive reduction of weight and of locomotor activity selectively for spontaneous movements occurred at old age. As in PD, abnormal dopamine levels in the aged nigrostriatal projection accompanied the reduced movements. Possibly in line with the PARK6 syndrome but in contrast to sporadic PD, a reduced lifespan, dysfunction of brainstem and sympathetic nerves, visible aggregates of alpha-synuclein within Lewy bodies or nigrostriatal neurodegeneration were not present in aged PINK1-deficient mice. However, we demonstrate PINK1 mutant mice to exhibit a progressive reduction in mitochondrial preprotein import correlating with defects of core mitochondrial functions like ATP-generation and respiration. In contrast to the strong effect of PINK1 on mitochondrial dynamics in Drosophila melanogaster and in spite of reduced expression of fission factor Mtp18, we show reduced fission and increased aggregation of mitochondria only under stress in PINK1-deficient mouse neurons. Conclusion Thus, aging Pink1 -/- mice show increasing mitochondrial dysfunction resulting in impaired neural activity similar to PD, in absence of overt neuronal death.
Mitochondrien sind die Kraftwerke unserer Zellen. In ihnen findet die Zellatmung statt, die unseren Körper mit lebenswichtiger Energie versorgt. Zusätzlich teilen sich die Zellorganellen und verschmelzen wieder miteinander im Minutentakt. Was aber passiert, wenn Teile dieses dynamischen Geflechts Defekte aufweisen? Die Antwort dazu könnte ein Protein sein, das auf zwei verschiedene Weisen in die Mitochondrien-Membranen eingebaut wird. Liegt keine kurze Form des Proteins vor, ist das ein Hinweis dafür, dass die Organellen defekt sind. Die Mitochondrien verbrennen die mit der Nahrung zugeführten Kohlenhydrate und Fette unter Verbrauch von Sauerstoff zu Kohlendioxid und Wasser. Bei diesem Vorgang, der Zellatmung, wird über eine Reihe von Proteinkomplexen ein elektrochemisches Potenzial aufgebaut, das zur Produktion des Energieträgers ATP (Adenosintriphosphat) genutzt wird. ATP kann aus den Mitochondrien abtransportiert werden und steht somit als eine Art Treibstoff für alle Stoffwechselprozesse zur Verfügung. Die Arbeit der Mitochondrien ist der Hauptgrund für unseren täglichen Sauerstoffbedarf. Außerdem tragen die Nano-Kraftwerke der Zelle dazu bei, unsere Körpertemperatur auf 37 °C aufrechtzuerhalten. Aufgrund dieser zentralen Funktionen ist es nicht verwunderlich, dass eine Reihe von Krankheiten beim Menschen durch den Funktionsverlust von Mitochondrien verursacht oder beeinflusst wird. Das sind in erster Linie neurologische oder muskuläre Erkrankungen, aber auch Diabetes, Fettleibigkeit, verschiedene Formen von Krebs und Alterungsprozesse. Folglich ist es von immenser Bedeutung zu verstehen, wie Mitochondrien funktionieren, wie sie ihre Funktionalität aufrechterhalten und gegebenenfalls repariert oder entsorgt werden können. Dem können wir am Wissenschaftsstandort Frankfurt hervorragend nachgehen, da sich einige international ausgewiesene Forschungsgruppen in den Fachbereichen Medizin, Biologie, Chemie und am Max-Planck-Institut für Biophysik mit verschiedenen Aspekten der mitochondrialen Biologie befassen. In zahlreichen interdisziplinären Kooperationen wird so versucht, dieses komplexe System besser zu verstehen.
Crista junctions (CJs) are important for mitochondrial organization and function, but the molecular basis of their formation and architecture is obscure. We have identified and characterized a mitochondrial membrane protein in yeast, Fcj1 (formation of CJ protein 1), which is specifically enriched in CJs. Cells lacking Fcj1 lack CJs, exhibit concentric stacks of inner membrane in the mitochondrial matrix, and show increased levels of F1FO–ATP synthase (F1FO) supercomplexes. Overexpression of Fcj1 leads to increased CJ formation, branching of cristae, enlargement of CJ diameter, and reduced levels of F1FO supercomplexes. Impairment of F1FO oligomer formation by deletion of its subunits e/g (Su e/g) causes CJ diameter enlargement and reduction of cristae tip numbers and promotes cristae branching. Fcj1 and Su e/g genetically interact. We propose a model in which the antagonism between Fcj1 and Su e/g locally modulates the F1FO oligomeric state, thereby controlling membrane curvature of cristae to generate CJs and cristae tips.