Universität zu Köln

Wurth, Stephanie (2006). Genetische und biochemische Charakterisierung der m-AAA-Proteasefunktion in Mitochondrien von Saccharomyces cerevisiae. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

ATP-abhängige AAA-Proteasen in der inneren Mitochondrienmembran spielen eine entscheidene Rolle bei der Aufrechterhaltung der Qualitätskontrolle und während der Biogenese der Atmungskettenkomplexe. Ein Funktionsausfall der m- bzw. i-AAA-Protease in S. cerevisiae führt zu einer Beeinträchtigung der mitochondrialen Atmung und des Zellwachstums auf nicht fermentierbaren Kohlenstoffquellen. Eine gleichzeitige Inaktivierung beider AAA-Proteasen wirkt für Hefezellen synthetisch letal. Im ersten Teil dieser Arbeit sollte die Ursache dieser genetischen Wechselwirkung beider AAA-Proteasen anhand des konditional letalen Hefestammes yta10ts∆yme1 näher charakterisiert werden. Dieser Stamm trägt ein temperatursensitives Allel von YTA10 und verfügt durch eine Deletion von YME1 über keine i-AAA-Protease. In einem genetischen "Screen" konnten fünf Komponenten der PKC-MAPKinase Signalkaskade und das Co-Chaperon Mge1 als Suppressoren identifiziert werden, deren Überexpression die synthetische Letalität von yta10ts∆yme1 Zellen unterdrückt. Weitere Untersuchungen zeigten, dass die Inaktivierung beider AAA-Proteasen Auswirkungen sowohl auf die mitochondriale Mor-phologie als auch auf die Integrität der gesamten Zelle hat. So führt eine Destabilisierung der Zellwände zur Nekrose AAA-proteasedefizienter Zellen. Zellzyklusdefekte führen zu einer Hypersensitivität gegenüber Koffein und zu einer auffälligen Vergrößerung dieser Zellen. Daneben häufen sich auch vermehrt granuläre Strukturen an, was auf einen gestörten Sekretionsapparat hinweist. So ließ sich zeigen, dass eine mitochondriale Dysfunktion, verursacht durch einen Funktionsausfall der m- und i-AAA-Proteasen, offensichtlich die Zellintegrität beeinträchtigt. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde die Rolle der Transmembrandomänen von Unter-einheiten der m-AAA-Protease während der Proteolyse untersucht. Es konnte am Beispiel der Cytochrom c Peroxidase gezeigt werden, dass die Deletion der Transmembrandomäne einer Untereinheit der m-AAA-Protease nicht zum vollständigen Verlust der proteolytischen Akti-vität führt. Entsprechend war in diesen Zellen die Biogenese von Atmungskettenkomplexen und damit die Atmungskompetenz dieser Hefezellen nicht eingeschränkt. Dagegen führte das Fehlen der Transmembrandomäne einer Untereinheit zur Hemmung des Abbaus von mem-branintegrierten Proteinen bzw. konnte der Abbau von periperen Membranproteinen nur partiell durchgeführt werden. Diese Ergebnisse sprechen dafür, dass die Transmembran-domänen der m-AAA-Protease an der Dislokation von integralen Proteinen aus der Membran beteiligt sind und eine Voraussetzung für deren Abbau durch die m-AAA-Protease sind.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated title:	Title Language Genetical and biochemical characterization of the m-AAA-protease function in mitochondria of Saccharomyces cerevisiae English
Translated abstract:	Abstract Language ATP-dependent AAA proteases ensure protein quality control and the assembly of respiratory chain complexes in the mitochondrial innermembrane. Inactivation of the m- or i-AAA proteases in S. cerevisiae causes respiratory deficiencies, whereas yeast cells lacking both AAA proteases are not viable. To characterize the genetic interaction of both proteases the conditional lethal yeast strain, yta10ts∆yme1, was generated. Five components of PKC-MAPKinase signaling pathway and the co-chaperone Mge1 were isolated in a multicopy suppressor screen. Their overexpression allows growth of yta10ts∆yme1 under non-permissive temperature. Inactivation of AAA proteases causes an aberrant mitochondrial morphology and affects the cell integrity leading to lysis of AAA-deficient yeast cells. Cell cycle defects cause caffeine hypersensitivity and the formation of enlarged cells. Moreover, granulae-like structures accumulated in these cells. These analyses revealed mitochondrial dysfunction caused by inactivation of the m- and i AAA proteases impaires cell integrity. In further experiments the role of membrane-spanning domains of the m-AAA protease during proteolysis was analyzed. Deletion of the transmembrane domain of one subunit did not inactivate the heterooligomeric m-AAA protease as indicated by the processing of cytochrome c peroxidase and the degradation of the peripheral membrane protein Atp7 by the mutant m-AAA protease. Consistently, respiratory growth of cells harbouring the mutant m AAA protease was not impaired. However, proteolysis of integral membrane proteins was inhibited in the absence of the transmembrane domain of one m-AAA protease subunit. These results suggest an essential function of the transmembrane domains of the m-AAA protease subunits for the dislocation of integral membrane proteins from the membrane. Possibly a pore-like assembly of transmembrane domains prerequisites for their degradation and facilitates substrate extraction from the membrane and transport into the catalytic centre of the m-AAA protease. English
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Wurth, Stephanie stephanie.wurth@uni-koeln.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-17794
Date:	2006
Language:	German
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 m-AAA Protease , Mitochondrien , PKC-MAPKinase , Transmembrandomäne , Saccharomyces cerevisiae German m-AAA protease , mitochondria , PKC-MAPKinase , transmembrane domain , Saccharomyces cerevisiae English
Date of oral exam:	26 April 2006
Referee:	Name Academic Title Langer, Thomas Prof. Dr
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/1779