Maintenance and inheritance of mitochondrial DNA

Prof. Dr. Christof Osman

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B02.058

LSM - Graduate School Life Science Munich

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Forschung

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Mitochondrien wandeln Nährstoffe in chemische Energie um und ermöglichen so zelluläre Prozesse in eukaryotischen Zellen. Für ihre Funktion sind sie auf ihr eigenes genetisches Material angewiesen, die mitochondriale DNA (mtDNA). Die Integrität und die korrekte Anzahl dieser Genome in jeder Zelle sind entscheidend für die Zellgesundheit, doch wie Zellen funktionsfähige mtDNA erhalten und ihre Menge im dynamischen mitochondrialen Netzwerk regulieren, ist bis heute nur unvollständig verstanden.

Unsere Arbeiten zielen darauf ab, die Prinzipien zu definieren, die die Stabilität des mitochondrialen Genoms sichern. Indem wir aufklären, wie Störungen des mtDNA-Erhalts Alterungsprozesse und Stoffwechselerkrankungen fördern, verbinden wir grundlegende biologische Mechanismen mit ihrer Bedeutung für die menschliche Gesundheit.

Methoden und Ansätze

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Um die Prinzipien der mitochondrialen Genomstabilität zu verstehen, nutzen wir die Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae als genetisches Modellsystem. Dieses erlaubt es uns, mitochondriale Genome gezielt zu verändern und ihre Dynamik in lebenden Zellen mittels quantitativer Live-Cell-Mikroskopie und Mikrofluidik zu verfolgen.

Unser methodischer Ansatz ist interdisziplinär und reicht von Durchflusszytometrie und genetischen Analysen bis hin zu moderner Proteomik und Massenspektrometrie. Durch die Kombination dieser experimentellen Strategien mit computergestützter Bildanalyse und Modellierung gewinnen wir ein quantitatives Verständnis dafür, wie Zellen ihre genetische Integrität sichern.

Dieses Forschungsumfeld vermittelt Studierenden eine breit gefächerte Ausbildung in Genetik, Zellbiologie und Biochemie.

Publikationen

Local mitochondrial physiology defined by mtDNA quality guides purifying selection (2026) Thoma, F., Hagen, J., Rathberger, R., Padovani, F., Hörl, D., Schmoller, K., Osman, C. PLOS Genetics 22(1): e1011836

Mrx6 binds the Lon protease Pim1 N-terminal domain to confer selective substrate specificity and regulate mtDNA copy number (2026) Schrott, S., Marafelli, I., Gerle, C., Bibinger, S., Bertgen, L., Marino, G., Schwenkert, S., Rathberger, R., Herrmann, J., Osman, C. Nucleic Acids Research 54(2): gkaf1390

Real-time assessment of mitochondrial DNA heteroplasmy dynamics at the single-cell level (2024) Roussou, R., Metzler, D., Padovani, F., Thoma, F., Schwarz, R., Shraiman, B., Schmoller, K., Osman, C. The EMBO Journal 43(22): 5340-5359

Two mitochondrial HMG-box proteins, Cim1 and Abf2, antagonistically regulate mtDNA copy number in Saccharomyces cerevisiae (2023) Schrott, S., Osman, C. Nucleic Acids Research 51(21): 11813-11835

Cristae-dependent quality control of the mitochondrial genome (2021) Jakubke, C.*, Roussou, R.*, Maiser, A., Schug, C., Thoma, F., Bunk, R., Hörl, D., Leonhardt, H., Walter, P., Klecker, T., Osman, C. Science Advances 7(36): eabi8886

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