Mitokondriyal membran modelindeki süperkompleks yapı ve fonsiyonuna kardiyolipin'in etkisinin incelenmesi
Investigation of effect of cardiolipin on structure and function of supercomplexes in mitochondrial membrane model system
Yazar: MÜGE KOPUZ
Danışman: PROF. DR. YÜKSEL ALİYAZICIOĞLU
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Tıbbi Biyokimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Biyokimya = Biochemistry
Dizin: Elektroforez-poliakrilamid jel = Electrophoresis-polyacrylamide gel ; Kardiyolipinler = Cardiolipins ; Kompleks yapılar = Complex structures ; Lipozomlar = Liposomes ; Mitokondriler = Mitochondria ; Oksijen = Oxygen

Özet:
Son yıllarda yapılan çalışmalar ile mitokondri solunum zinciri komplekslerinin süperkompleks adı verilen supramoleküler organizasyonlar içerisinde bulunduğu gösterilmektedir. Süperkompleks yapısı içerisinde bulunan komplekslerin biraraya gelerek adeta bir substrat kanalı oluşturduğu ve daha hızlı ve etkin bir elektron akışına sebep olduğu önerilmektedir. Kardiyolipin, mitokondri iç membranına spesifik bir fosfolipid olup süperkompleks oluşumuna yardımcı olduğu ve bu supramoleküler yapının stabilizasyonunu sağladığı düşünülmektedir. Mitokondriyal solunum zinciri komplekslerinin membran ile etkileşen domainlerinde kardiyolipin bağlanma bölgelerinin bulunması, bu molekülün adeta bir yapıştırıcı gibi davranarak komplekslerin biraraya gelmesine yardımcı olabileceği ve komplekslerinin elektron alan bölgelerine yakın bağlanma bölgelerinin olması ise elektron akışını kolaylaştırabileceği şeklinde yorumlanmaktadır.
Yapılan çalışmalarada protein:fosfolipid oranı 1:1 olan proteolipozomlarda süperkompleks I1III2 yapısının gözlendiği, lipid dilüsyonu ile bu oranı 1:30 olduğunda süperkompleks yapısının destabilize olduğu gösterilmiştir. Bu bağlamda, kardiyolipin içeren ve içermeyen lipozomlara, sığır kalp mitokondrilerinden izole edilen kompleks I ve III'ce zengin mitokondri fraksiyonları (R4B), 1:1 ve 1:30 oranlarında yerleştirilerek oluşan proteolipozomlada kardiyolipinin SK I1III2 üzerindeki etkileri incelenmiştir.
Süperkompleks varlığında kardiyolipin içeren 1:30 proteolipozomların NADH-sitokrom c oksidoredüktaz aktivitesi, komplekslerin bireysel olarak yer aldığı kardiyolipin içermeyen 1:30 proteolipozomlarına oranla anlamlı derecede artmış ve 1:1 proteolipozomların seviyesine ulaşmıştır. BN-PAGE yöntemi ile gerçekleştirilen yapısal analizlerde kardiyolipin içermeyen 1:30 proteolipozomlarda süperkompleks yapısı gözlenmez iken kardiyolipin içeren 1:30 proteolipozomlarda süperkompleks yapısının tekrar oluştuğu gözlenmiştir. Kardiyolipinin kompleks I kaynaklı ROS üretimini azalttığı bu etkisinin süperkompleks yapılarının tekrar oluşmasını sağlayarak elektron kaçışını azaltması ile gösterdiği şeklinde yorumlanmıştır.

Anahtar Kelimeler: Süperkompleks, kardiyolipin, proteolipozom, BN-PAGE, ROS2

Abstract:
In recent years, it has been shown that the mitochondrial respiratory chain complexes, called as supercomplexes have been present in supramolecular organizations. It is recommended that substrat channelling has occured in the structure of supercomplexes and caused to faster and more effective electron flow.  It is thought that cardiolipin, a phospholipid specific to mitochondrial inner membrane, aids in the formation of supercomplexes as well as providing stabilization of these supramolecular structures. It has been suggested that, cardiolipin can act as a glue in establishment of cardiolipin binding sites in membrane-interacting domains of some mitochondrial respiratory complexes. Cardiolipin can also make the flow of electrons more effective and faster. This is achieved in the binding regions, where the complexes accept electrons better. 
Supercomplex I1III2 structure has been shown in proteoliposomes that have protein:phospholipid ratio of 1:1, whereas it has disappeared in proteoliposomes that  have a lipid dilution with the ratio of 1:30. In this study, the effect of cardiolipin on function and structure of supercomplex I1III2 was investigated by scrutinizing the proteoliposomes that are formed by incoparation of  mitochondrial fractions (R4B) enriched with complex I and III into liposomes with and without cardiolipin and with the ratios of  1:1  and 1:30.
NADH-cytochrome c oxidoreductase activity of proteoliposomes that contain cardiolipin with the ratio of 1:30 are significantly higher than the acitivity of proteoliposomes without cardiolipin and with the ratio of 1:30, which reach to the activitiy level of 1:1 proteoliposomes. In the structural analysis made by BN–PAGE, the disassembling of supercomplex was monitored in the proteolipozomes with the ratio 1:30 and without cardiolipin whereas, the formation of supercomplex structure was shown in proteoliposomes that contain cardiolipin and with the ratio of 1:30. It was suggested that the cardiolipin reduced complex I induced ROS production, and by means of this effect a reduced leakage of electrons within the structure of the supercomplexes occured.

Keywords: Superkomplex, cardiyolipin, proteoliposome, ROS, BN-PAGE