Universität zu Köln

Racho, Julia ORCID: 0000-0003-4830-3062 (2025). ALR induced disulfides impact CPOX biogenesis and affect porphyrin metabolism. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

The sulfhydryl oxidase augmenter of liver regeneration (ALR) is well known for its function in the disulfide relay, an import machinery for mitochondrial IMS proteins with conserved cysteines. Here, it reoxidizes oxidoreductase MIA40 in a thiol-disulfide exchange mechanism and feeds electrons from this reaction into the respiratory chain. No other role has been known for ALR yet. In this work, it was shown that ALR has functions beyond the disulfide relay by identification of at least six novel ALR interaction partners. The interaction of ALR with one of these newly defined interactors, coproporphyrinogen oxidase (CPOX), has been further characterized. CPOX contains conserved cysteines and is localized in the IMS like ALR. There, it catalyzes the third last step of the heme biosynthesis pathway. It was found that CPOX interacts with ALR over selected cysteines, thereby gaining at least one disulfide. Investigating the purpose of the ALR-CPOX interaction and the relevance of CPOX’ disulfides, it was discovered that CPOX undergoes complex multi-step processing. During its maturation, CPOX is cleaved four times. The first step is assumed to be mediated by matrix metalloprotease MPP. The third cleavage step releasing CPOX into the IMS is discovered to be carried out by the IMMP1/2 complex. It could be shown that cleavage efficiency of CPOX by IMMP1/2 is dependent on the presence of a disulfide between CPOX cysteines C304 and C357. Additionally, CPOX needs this disulfide in the IMS to stabilize it and prevent aggregation. Lastly, data generated in the course of this thesis revealed that cytosolic versions of CPOX including its yeast homologue Hem13 are not dependent on cysteines at all for proper functionality as they do not undergo processing. However, the cytosolic localization of CPOX resulted in potentially toxic accumulation of the CPOX product protoporphyrinogen IX.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated title:	Title Language ALR-induzierte Disulfidbrücken beeinflussen die CPOX Biogenese und den Porphyrin Metabolismus German
Translated abstract:	Abstract Language Die Sulfhydryl-Oxidase „Augmenter of liver regeneration” (ALR, z. dt. Erhöher der Leberregeneration) ist bekannt für ihre Funktion im sogenannten „Disulfide Relay“, einem Importweg für mitochondriale Proteine mit konservierten Cysteinen, die den Intermembranraum erreichen sollen. Dabei reoxidiert ALR die Oxidoreduktase MIA40 durch einen Thiol-Disulfid Übertragungsmechanismus und schleust die bei dieser Reaktion frei gewordenen Elektronen in die Atmungskette ein. Eine andere Funktion ALRs war bisher nicht bekannt. In dieser Arbeit konnte jedoch gezeigt werden, dass ALR Funktionen besitzt, die über die Rolle für den „Disulfide Relay“ hinausgehen, indem mindestens sechs neue Interaktionspartner von ALR identifiziert wurden. Die Interaktion mit einem dieser neu identifizierten Interaktoren, Coproporphyrinogen Oxidase CPOX, wurde detaillierter charakterisiert. CPOX enthält konservierte Cysteine und ist wie ALR im Intermembranraum der Mitochondrien lokalisiert. Dort katalysiert es den drittletzten Schritt der Häm Biosynthese. Es konnte festgestellt werden, dass CPOX mit ALR über ausgewählte Cysteine interagiert und dabei mindestens eine Disulfidbrücke erlangt. Auf der Suche nach dem Zweck dieser ALR-CPOX Interaktion und nach der Relevanz der Disulfidbrücke für CPOX wurde entdeckt, dass CPOX während seiner Maturierung einer mehrstufigen Prozessierung unterzogen und dabei viermal geschnitten wird. Es kann angenommen werden, dass der erste Schnitt durch die Matrixmetalloprotease MPP vollzogen wird, während experimentell bewiesen werden konnte, dass der Innenmembran-Protease-Komplex IMMP1/2 für den dritten Schnitt verantwortlich ist, nach welchem CPOX in den Intermembranraum entlassen wird. Es konnte außerdem festgestellt werden, dass die Schnitteffizienz des IMMP1/2 Komplexes abhängig von der Präsenz der Disulfidbrücke zwischen den CPOX Cysteinen C304 und C357 ist. Zusätzlich benötigt CPOX diese Disulfidbrücke auch zur Stabilisierung im mitochondrialen Intermembranraum und um Aggregation zu verhindern. Zuletzt zeigen die Daten, welche im Laufe der hier präsentierten Arbeit generiert wurden, dass die Funktion cytosolischer Varianten von CPOX, inklusive des aus der Hefe stammenden CPOX Homologes Hem13, komplett unabhängig von Cysteinen ist, da diese Varianten nicht prozessiert werden müssen. Allerdings führt die cytosolische Lokalisation dieser Proteine zur Akkumulation des potenziell toxischen CPOX Produktes Protoporphyrinogen IX. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Racho, Julia julia.racho@live.de orcid.org/0000-0003-4830-3062 UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-784734
Date:	2025
Place of Publication:	Köln
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Chemistry > Institute of Biochemistry
Subjects:	Generalities, Science Natural sciences and mathematics Chemistry and allied sciences Life sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Mitochondria English IMS English Disulfide relay English ALR English MIA40 English Heme English CPOX English Heme biosynthesis English Redox English
Date of oral exam:	7 February 2025
Referee:	Name Academic Title Riemer, Jan Prof. Dr. Trifunovic, Aleksandra Prof. Dr.
Funders:	RI2150/5-1
Projects:	Neue Interaktionspartner der Sulfhydryl : Cytochrom c Oxidoreduktase ALR
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/78473