Universität zu Köln

Osman, Christof (2009). Characterization of the genetic interactome of prohibitins in S. cerevisiae. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Prohibitins comprise an evolutionary conserved and ubiquitously expressed family of membrane proteins that is essential for development in higher eukaryotes. Large ring complexes formed in the inner mitochondrial membrane by prohibitins regulate mitochondrial dynamics and function. Roles of prohibitins in cell signaling events across the plasma membrane and transcriptional regulation in the nucleus have been proposed as well. The molecular mechanism of prohibitin function, however, remains elusive. In contrast to higher eukaryotes, prohibitin-deficient yeast cells are viable and exhibit a reduced replicative life-span. To investigate the functional role of prohibitins in yeast and to identify redundant processes that fulfill the functions of prohibitins in their absence, an unbiased genetic approach was chosen. Synthetic genetic arrays were applied to identify genes showing synthetic lethal interactions with prohibitins. This approach revealed 35 genes required for cell survival in the absence of prohibitins. The assembly of the FO-particle of the F1FO-ATP synthase was identified as one process essential in prohibitin-deficient cells. Atp23 was characterized as a novel processing peptidase with a dual function in maturation of the mitochondrially encoded subunit Atp6 and its assembly into the functional F1FO-ATP synthase. ~50% of the genes required in prohibitin-deficient cells, including the strongest genetic interactions, are demonstrated for the first time to be required for mitochondrial phospholipid homeostasis. Evidence is provided that members of a conserved protein family, Ups1 and Gep1, coordinately regulate the levels of the non-bilayer forming phospholipids cardiolipin and phosphatidyl-ethanolamine in mitochondria. Additionally, an uncharacterized putative phosphatase was identified that is required for cardiolipin biosynthesis and might represent the last missing enzyme in the biosynthesis pathway of cardiolipin in yeast. The genetic interactome of prohibitins defined in this thesis suggests that prohibitins serve scaffolding functions in the inner mitochondrial membrane and define functional microdomains composed of proteins and non-bilayer forming lipids. This function becomes essential, when levels of cardiolipin and phosphatidylethanolamine are limiting in mitochondria. In the absence of prohibitins and decreased levels of non-bilayer forming lipids, essential processes dependent on these microdomains are compromised.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated title:	Title Language Charakterisierung des genetischen Netzwerkes von Prohibitinen in S. cerevisiae German
Translated abstract:	Abstract Language Prohibitine bilden eine hochkonservierte und ubiquitär exprimierte Familie von Membranproteinen mit essentiellen Funktionen für die Entwicklung höherer Eukaryoten. In der inneren mitochondrialen Membran bilden Prohibitine große Ringkomplexe und regulieren die Dynamik und wichtige Funktionen von Mitochondrien. Außerdem wurden Funktionen von Prohibitinen in zellulären Signalvorgängen an der Plasmamembran und in der transkriptionellen Regulation im Zellkern vorgeschlagen. Der molekulare Mechanismus ist bei all diesen Funktionen allerdings noch nicht verstanden. Im Gegensatz zu höheren Eukaryoten sind Hefezellen in Abwesenheit von Prohibitinen lebensfähig und weisen lediglich eine reduzierte replikative Lebensspanne auf. Ein genetischer Ansatz wurde gewählt, um die Funktion der Prohibitine in Hefe zu untersuchen und redundante Prozesse zu identifizieren, welche die Funktion der Prohibitine in deren Abwesenheit ersetzen können. "Synthetisch genetische Arrays" wurden verwendet, die zur Identifizierung von synthetisch letalen Interaktionen mit Prohibitinen führen sollten. Dieser Ansatz zeigte 35 Gene auf, die für das Überleben von Hefezellen essentiell sind, welche kein Prohibitin besitzen. Die Assemblierung des FO-Sektors der F1FO-ATP Synthase wurde als äußerst wichtiger Prozess in prohibitin-defizienten Zellen identifiziert. Es konnte gezeigt werden, dass das Protein Atp23 eine neue Prozessierungspeptidase darstellt und eine duale Funktion bei der Reifung der mitochondrial kodierten Untereinheit Atp6 und deren Assemblierung in die funktionelle F1FO-ATP Synthase ausübt. Für ~50% der Gene, die in prohibitin-defizienten Zellen benötigt werden, darunter auch die stärksten genetischen Interaktionen, konnte erstmalig gezeigt werden, dass diese für die Aufrechterhaltung der mitochondrialen Phospholipidzusammensetzung benötigt werden. Weitere Ergebnisse deuten darauf hin, dass zwei Proteine einer konservierten Proteinfamilie, Gep1 und Ups1, die Mengen der nicht-doppelschicht-bildenden Phospholipide Cardiolipin und Phosphatidyl-ethanolamin in Mitochondrien regulieren. Zusätzlich wurde eine potentielle Phosphatase identifiziert, welche möglicherweise das letzte, noch fehlende Enzym des Cardiolipin-Synthesewegs in Hefe darstellt. Das in dieser Arbeit definierte genetische Interaktom der Prohibitine weist auf eine Funktion der Prohibitine bei der Stabilisierung von mitochondrialen Membrandomänen hin, welche Proteine und nicht-doppelschicht-bildende Phospholipide beinhalten. Diese Funktion ist dann essentiell, wenn die Mengen an Cardiolipin und Phosphatidyl-ethanolamin in Mitochondrien reduziert sind. Die Abwesenheit von Prohibitinen, kombiniert mit einer Reduktion nicht-doppelschicht-bildender Phospholipide, führt dazu, dass essentielle Prozesse, welche auf diese Mikrodomänen angewiesen sind, nicht mehr ablaufen können. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Osman, Christof christof.osman@uni-koeln.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-26302
Date:	2009
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Biology > Institute for Genetics
Subjects:	Life sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Prohibitin, Mitochondrien, S. cerevisiae, Phospholipide, Cardiolipin German prohibitin, mitochondria, S. cerevisiae, phospholipids, cardiolipin English
Date of oral exam:	25 November 2008
Referee:	Name Academic Title Langer, Thomas Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/2630