Universität zu Köln

Tharyan, Rebecca George (2019). Transcription factor NFYB-1 regulates mitochondrial function and promotes longevity induced by mitochondrial impairment. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Mitochondrial integrity is critical for cellular function and organismal life span, yet the underlying mechanisms linking mitochondrial function to other intracellular organelles and animal longevity is unclear. In this study, we addressed these questions in nematode C. elegans. Upon shift from food to no food prior to sexual maturation, the nematode C. elegans can enter an adult reproductive diapause (ARD), during which they undergo metabolic remodelling and can live months without food. When reintroduced to food, ARD worms exit the ARD and recover. We found mitochondrial number, morphology and respiration rate to be regulated under ARD entry and exit. Additionally, ARD longevity is impacted by mitochondrial fusion/fission factors. We found several mitochondrial markers to be downregulated upon ARD entry and upregulated upon ARD exit, most prominently the nuclear encoded mitochondrial gene cytochrome C oxidase, cco-1. In mammals, several factors are known for mitochondrial biogenesis and function. However, systematic screens for such factors in a whole animal model have not been performed. To identify novel loci involved in mitochondrial regulation, using ARD recovery as a tool we performed an RNAi screen monitoring expression of the mitochondrial marker pcco-1::gfp during ARD recovery. We identified presumed ancestral factors known to regulate mitochondrial function, including CREB, CREB binding protein, ATFS-1 and SKN-1/NFE2. More importantly we also found several novel mitochondrial regulators such as NFYB-1, a subunit of the NF-Y transcriptional complex binding the CCAAT motif. Consistent with a role in mitochondrial physiology, we observed that loss of NFYB-1 leads to mitochondrial fragmentation, reduced mitochondrial reporter expression, lower oxygen consumption and abolition of longevity triggered by reduced mitochondrial function by RNAi knockdown of cco-1 RNAi and mitochondrial mutant isp-1(qm150). Moreover, NFYB-1 loss also regulates mitochondrial to cytosolic stress response and expression of mitochondrial UPR factors ATFS-1 and DEV-1. Strikingly both proteomic and transcriptomics analysis indicates that NFYB-1 regulates a subset of endoplasmic reticulum associated genes. Taken together these findings suggest that NFYB-1 promotes mitochondrial gene expression, while suppressing ER stress response and functions a novel regulator of inter-organellar communication to maintain homeostasis and mitochondrial longevity.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Für die Lebensdauer eines Organismus und die Funktionalität seiner Zellen ist ein integerer Zustand der Mitochondrien essentiell. Die zu Grunde liegenden Mechanismen, die es Mitochondrien ermöglichen mit anderen Zell-Organellen zu interagieren und so die Lebensdauer einer Zelle und des gesamten Organismus zu beeinflussen, sind jedoch weites gehend unbekannt. In dieser Doktorarbeit nutze ich den Modelorganismus C. elegans um Faktoren zu identifizieren, die Teil solcher Mechanismen sind. Wird C. elegans Würmern vor der Geschlechtsreife die Nahrung entzogen, gehen sie in ein reproductive Diapause (adult reproductive diapause, ARD). Dieses Stadium ist durch erhebliche metabolische Veränderungen und Langlebigkeit gekennzeichnet. In ARD kann C. elegans mehrere Monate ohne Nahrung überleben. Sobald die Würmer wieder Zugang zu Nahrung haben, verlassen sie das ARD Stadium und reproduzieren sich. Interessanterweise werden durch ARD Eintritt und Austritt die Anzahl und Morphologie der Mitochondrien, sowie die Atmung beeinflusst. Darüber hinaus wird die ARD Langlebigkeit von Faktoren die die mitochondriale Struktur (Fragmentierung/Fusion) bestimmen, reguliert. Ich konnte bereits einige mitochondriale Marker identifiziert, die bei ARD Eintritt herunter- und bei ARD Austritt heraufreguliert sind. Am auffälligsten war hierbei das im Kern kodierte, mitochondriale Gen Cytochrom C Oxidase (cco-1). Zwar sind in Säugetieren bereits einige wichtige Faktoren der mitochondrien Biogenese und ihrer Funktionalität identifiziert; es wurde jedoch noch kein systematischer Screen nach solchen Faktoren in einem Modelorganismus durchgeführt. Um neue Gene zu identifizieren haben ich daher in einem RNAi Screen nach Faktoren gesucht, die die Expression eines PCCO-1::GFP Markers während des ARD Austritts beeinflussen. In diesem Ansatz wurden unter anderem konservierte Faktoren mit einer bekannten Rolle in Mitochondrien identifiziert, wie z.B. CREB, CREB binding protein, ATFS-1 und SKN-1/NFE2. Jedoch wurden auch bis dato unbekannte Faktoren identifiziert, wie z.B. NFYB-1, eine Untereinheit des NF-Y Transkription-Komplexes, der an CCAAT Motive binden kann. Der Verlust von NFYB-1 führt zu einer Fragmentierung der Mitochondrien, verminderter Expression mitochondrialer Marker und niedrigerer Sauerstoffaufnahme. Diese Beobachtungen legen nahe, dass NFYB-1 eine wichtige Rolle für die gesamte Mitochondrien Physiologie spielt. Darüber hinaus führt NFYB-1 Verlust zur Reduktion von Langlebigkeit, die durch verminderter mitochondrien Funktionalität induziert wurde (z.B. durch cco-1 RNAi oder in isp-1(qm150)). NFYB-1 Verlust beeinflusst außerdem die Kommunikation von der mitochondrialen zu der zytosolischen Stress Antwort und reguliert die Expression der mitochondrial UPR-Faktoren ATFS-1 und DEV-1. Interessanterweise zeigen sowohl Proteom- sowie Transkriptom-Analysen, dass NFYB-1 einige mit dem Endoplasmatischen Retikulum (ER) assoziierten Gene zu regulieren scheint. Zusammengefasst, lassen die Daten dieser Arbeit darauf schließen, dass NFYB-1 die expression mitochondrialer Gene fördert indem es die ER Stress Antwort inhibiert funktioniert es als ein neuer Regulator der für die mitochondriale Homeostase und Langlebigkeit erforderlich ist. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Tharyan, Rebecca George rebecca.tharyan@yahoo.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-93746
Date:	26 February 2019
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Außeruniversitäre Forschungseinrichtungen > MPI for Biology of Ageing
Subjects:	Natural sciences and mathematics Life sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Mitochondria, Aging, NFYB-1 UNSPECIFIED
Date of oral exam:	8 March 2018
Referee:	Name Academic Title Antebi, Adam Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/9374