Universität zu Köln

Majczak, Joanna (2008). Functional characterization of the mammalian iAAA protease subunit, YME1L. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

The iAAA protease is an ATP-dependent proteolytic complex in the mitochondrial inner membrane and belongs to the highly conserved family of AAA proteins. In the yeast Saccharomyces cerevisiae, the iAAA protease is a homo-oligomeric complex composed of Yme1p subunits which are active in the intermembrane space and mediate protein quality control. Yeast cells lacking Yme1p are characterized by pleiotropic phenotypes including a respiratory deficiency at elevated temperature and an aberrant mitochondrial morphology. However, the molecular basis of the different yeast yme1 phenotypes has not been completely understood. Human YME1L was shown to be the ortholog of the yeast Yme1p, but its functions within mammalian mitochondria and specific substrate proteins have not been identified so far. In order to define the roles of the mammalian iAAA protease two main approaches were carried out: (1) down regulation studies in mammalian cells using RNA interference, and (2) inducible overexpression of YME1L and several mutant variants in the mammalian system. The present study reports the functional conservation of the mammalian YME1L by showing its involvement in the proteolysis of prohibitin 1 whose homolog is also degraded by the iAAA protease in yeast. Furthermore, it demonstrates that YME1L has a role in the maintenance of the tubular mitochondrial morphology and in the constitutive processing of OPA1, a component of the mitochondrial fusion machinery. Moreover, the degradation of TIM23, a core subunit of the translocase of the inner membrane, in caspase-independent apoptosis depends on YME1L identifying a novel substrate for the mammalian iAAA protease and a new pathway it is involved in. The overexpression of YME1L mutants has no dominant negative effect on the iAAA protease. Its functions in mitochondrial proteolysis, import, and mitochondrial morphology remain unaltered. Taken together, this study reveals versatile roles of mammalian YME1L in protein quality control, mitochondrial morphology and apoptosis, thus demonstrating its importance for both the cellular viability and death.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Die iAAA-Protease ist ein ATP-abhängiger proteolytischer Komplex in der inneren Mitochondrienmembran und gehört zu der hochkonservierten Familie der AAA-Proteine. In der Hefe Saccharomyces cerevisiae ist die iAAA-Protease ein homooligomerer Komplex bestehend aus Yme1p-Untereinheiten, die im Intermembranraum aktiv sind und die Qualitätskontrolle von Proteinen vermitteln. Hefezellen, denen Yme1p fehlt, sind durch pleiotrope Phänotypen charakterisiert. Diese beinhalten einen Atmungsdefekt bei erhöhter Temperatur und eine gestörte mitochondriale Morphologie. Jedoch ist die molekulare Grundlage der verschiedenen yme1-Phänotypen in Hefe bisher nicht vollständig verstanden. Das humane YME1L wurde als Ortholog von Yme1p der Hefe beschrieben, aber seine Funktionen in Säugetier-Mitochondrien und spezifische Substratproteine sind noch nicht identifiziert worden. Um die Rolle der iAAA-Protease in Säugetieren zu bestimmen, wurden zwei experimentelle Ansätze verfolgt: (1) Depletion von YME1L in Säugetier-Zellen mittels RNA-Interferenz und (2) induzierbare Überexpression von YME1L und verschiedenen mutierten Varianten im Säugetier-System. Die vorliegende Arbeit demonstriert die funktionelle Konservierung von YME1L in Säugetieren, indem gezeigt wird, dass es an der Proteolyse von Prohibitin 1 beteiligt ist, dessen Homolog in der Hefe ebenfalls von der iAAA-Protease abgebaut wird. Desweiteren, weist sie nach, dass YME1L eine Rolle bei der Aufrechterhaltung der tubulären mitochondrialen Morphologie und bei der konstitutiven Prozessierung von OPA1, einem Bestandteil der mitochondrialen Fusionsmaschinerie, spielt. Darüber hinaus ist der Abbau von TIM23, einer Kernuntereinheit der Translocase in der Innenmembran, während der caspaseunabhängigen Apoptose abhängig von YME1L. Dieser Befund identifiziert ein neues Substrat der iAAA-Protease in Säugetieren und einen neuen zellulären Prozess, an dem sie beteiligt ist. Die Überexpression von YME1L-Mutanten hat keinen dominant-negativen Einfluss auf die iAAA-Protease. Ihre Funktionen in mitochondrialer Proteolyse, Morphologie und Import bleiben unverändert. Zusammengefasst offenbart diese Arbeit vielfältige Rollen von YME1L bei der Qualitätskontrolle von Proteinen, der mitochondrialen Morphologie und der Apoptose in Säugetieren und demonstriert somit die Bedeutung von YME1L für sowohl die zelluläre Lebensfähigkeit als auch den zellulären Tod. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Majczak, Joanna jmajczak@gmx.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-26860
Date:	2008
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 proteolysis, mitochondria, membrane protease English
Date of oral exam:	20 November 2008
Referee:	Name Academic Title Langer, Thomas Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/2686