Der Transport von Proteinen über biologische Membranen spielt eine zentrale Rolle in einer Vielzahl von biologischen Prozessen, bei der Proteinsekretion in Bakterien sowie in Eukaryonten beim Transport von Proteinen in Mitochondrien, Chloroplasten oder das endoplasmatische Retikulum.
In diesem Forschungsschwerpunkt befassen wir uns mit der Aufklärung der Struktur der Translokationsmaschinerie der Außenmembran von Mitochondrien TOM und dem Mechanismus des Proteintransfers über die mitochondriale Außenmembran.
Die dreidimensionale Rekonstruktion von TOM-Holo-Komplex Einzelpartikeln mit Hilfe elektronentomographischer und bildverarbeitender Verfahren verschaffte einen Einblick in die molekulare Architektur des TOM-Komplexes bei einer Auflösung von etwa 24 Å. Zusammen mit dem Arbeitskreis um Prof. Werner Kühlbrandt am MPI für Biophysik in Frankfurt ist mit Hilfe Elektronen-Kryo-Mikroskopie ein Einblick in die Struktur von TOM bei einer Auflösung von 3.3 Å gelungen. Der TOM-Core Komplex hat eine Doppelringstruktur mit einer Breite und Länge in der Membran von 130 Å und 80 Å. Er bildet zwei hydrophile offene Poren mit Durchmessern von etwa 11 Å. Die Translokationszeit für kurze Signalpeptide durch diese Poren wurde von uns im Bereich weniger hundert Mikrosekunden gemessen.
Ausgewählte Publikationen:
- New insights into the structure and dynamics of the TOM complex in mitochondria. Nussberger, S., Ghosh, R. & Wang, S. Biochemical Society Transactions 52:911-922, DOI 10.1042/BST20231236 (2024) (Journal cover)
- Tracking the activity and position of mitochondrial β-barrel proteins. Wang, S. & Nussberger, S. Methods Mol. Biol. 2778: 221-236, DOI 10.1007/978-1-0716-3734-0_14 (2024) (Journal cover)
- Two conformations of the Tom20 preprotein receptor in the TOM holo complex. Proceedings of the National Academy of Sciences, USA:120 (34), e23014471, DOI 10.1073/pnas.2301447120 (2023) (Journal cover)
- Wang, S. & Nussberger, S. Single-molecule imaging of lateral mobility and ion channel activity in lipid bilayers using total internal reflection fluorescence (TIRF) microscopy. J. Vis. Exp. (JoVE) 192: 1-21, e64970, DOI 10.3791/64970 (2023)
- Wang, S., Findeisen, L., Leptihn, S., Wallace, M.I., Hörning, M. & Nussberger, S. Spatiotemporal stop-and-go dynamics of the mitochondrial TOM core complex correlates with three-state channel activity. Communications Biology: DOI 10.1038/s42003-022-03419-4 (2022)
- Bausewein, T., Naveed, H., Liang, J. & Nussberger, S. The structure of the TOM core complex in the mitochondrial outer membrane. Biological Chemistry: DOI 10.1515/hsz-2020-0104 (2020)
- Bausewein,T., Mills,D.J., Langer, J.D., Nitschke, B., Nussberger, S. & Kühlbrandt, W. Cryo-EM structure of the TOM core complex from Neurospora crassa. Cell,170: 693–700 (2017)
- Mahendran, K.R., Romero-Ruiz, M., Schlösinger, A., Winterhalter, M., & Nussberger, S. Protein translocation through TOM40: Kinetics of peptide release. Biophys. J., 102:39-47 (2012)
- Gessmann, D., Flinner, N., Pfannstiel, J., Schlösinger, A., Schleiff, E., Nussberger, S., & Mirus, O. Structural elements of the mitochondrial preprotein-conducting channel Tom40 dissolved by bioinformatics and mass spectrometry. Biochim. Biophys. Acta - Bioenergetics, 1807:1647-1657 (2011)
- Mager, F., Gessmann, D., Nussberger, S. & Zeth, K. Functional refolding and characterization of two Tom40 isoforms from human mitochondria. J. Membr. Biol., 242: 11-21 (2011)
- Mager, F., Sokolova, L., Lintzel, J., Brutschy, B., & Nussberger, S. LILBID-mass spectrometry of the mitochondrial preprotein translocase TOM. J. Physics Condensed Matter, 22: 454132 (7pp) (2010)
- Romero-Ruiz, M., Mahendran, K.R., Eckert, R., Winterhalter, M., & Nussberger, S. Interactions of mitochondrial presequence peptides with the mitochondrial outer membrane preprotein translocase TOM. Biophys. J., 99: 774-81 (2010)
- Poynor, M., Eckert, R. & Nussberger, S. Dynamics of the preprotein translocation channel of the outer membrane of mitochondria. Biophys. J., 95:1511-22 (2008)
- Nussberger, S. & Neupert, W.: The preprotein translocation channel of the outer membrane ofmitochondria. In: Structure and Dynamics of Confined Polymers, Kasianowicz J.J. et al. eds., NATO Science Series, Kluwer Academic Publishers. Dordrecht, Boston, London, Vol. 87, 67-84 (2002)
- Ahting, U., Thieffry, M., Engelhardt, H., Hegerl, R., Neupert, W. & Nussberger, S.: Tom40, the main component of the protein conducting TOM channel in the outer membrane of mitochondria. J. Cell Biol. 153, 1151-1160 (2001)
- Ahting, U., Thun, C., Hegerl, R., Typke, D., Nargang, F.E., Neupert, W., & Nussberger, S. : The TOM core complex: The general protein import pore of the outer membrane of mitochondria. J. Cell Biol. 147, 959-968 (1999) (Journal cover)
- Künkele, K.P., Heins, S., Dembowski, M., Nargang, F.E., Benz, R., Thieffry, M., Lill, R., Nussberger, S., & Neupert, W.: The preprotein translocation channel of the outer membrane of mitochondria. Cell 93, 1009-1019 (1998)
