Universität zu Köln

Thewes, Britta (2022). Characterization of the Mitochondrial Scaffold Protein SLP2. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Mitochondria are essential organelles that perform diverse functions in eukaryotic cells. They possess a complex ultrastructure with two membranes and multiple compartments in which mitochondrial- and nuclear-encoded proteins ensure mitochondrial function in an organized manner. This organization within mitochondria is maintained by various proteins, protein complexes, and lipids, e.g., the ATP synthase, respiratory chain (super)complexes, the MICOS complex, the GTPase OPA1, the lipid cardiolipin, and the structural proteins PHB, PHB2 and SLP2. In contrast to the essential prohibitin complex, little is known about the functions of SLP2. Together with the proteases PARL and YME1L, SLP2 forms the so-called SPY complex at the inner membrane of mitochondria and influences respiratory chain supercomplex formation, mitochondrial calcium homeostasis and stress-induced hyperfusion of mitochondria. To understand the function of SLP2 in mitochondria, immunoprecipitation experiments of SLP2 as well as various omics approaches and biochemical experiments were performed in human SLP2 deficient cells. We found that SLP2 interacts with a variety of mitochondrial proteins and is thus tightly linked to the mitochondrial network. Loss of SLP2 resulted in global impairment of mitochondrial gene expression and increased turnover of the mitochondrial small ribosomal subunit and the interactors TMBIM5, DNAJC15 and APOO. This gene expression defect led to respiratory chain deficits and secondarily to impairment of the TCA cycle and a stress response of the cell, the integrated stress response. In conclusion, we show in this work that SLP2 is required for optimal mitochondrial function via gene expression. Furthermore, we uncover previously unknown connections of SLP2 to the protein import machinery, the MICOS complex and the respiratory chain, and discover protein-specific effects of SLP2 on protein turnover. Thus, with the results presented in this thesis, we demonstrate that SLP2 is an important structural protein with diverse roles in maintaining mitochondrial function.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated title:	Title Language Charakterisierung des mitochondrialen Scaffold-Proteins SLP2 German
Translated abstract:	Abstract Language Mitochondrien sind essenzielle Organellen, die diverse Funktionen in eukaryotischen Zellen ausführen. Sie besitzen eine komplexe Ultrastruktur mit zwei Membranen und mehreren Kompartimenten, in denen mitochondrial- und nukleär-kodierte Proteine die mitochondriale Funktion organisiert sicherstellen. Diese Organisation innerhalb der Mitochondrien wird durch verschiedene Proteine, Proteinkomplexe und Lipide gewährleistet, z.B. durch die ATP Synthase, Atmungsketten(super)komplexe, den MICOS-Komplex, die GTPase OPA1, das Lipid Cardiolipin und die Strukturproteine PHB, PHB2 und SLP2. Im Gegensatz zum essenziellen Prohibitin-Komplex ist wenig über die Funktionen von SLP2 bekannt. Zusammen mit den Proteasen PARL und YME1L bildet SLP2 den sogenannten SPY-Komplex an der inneren Membran der Mitochondrien und beeinflusst die Superkomplexbildung der Atmungskette, den mitochondrialen Calciumhaushalt sowie die stressbedingte Hyperfusion von Mitochondrien. Um die Funktion von SLP2 in Mitochondrien zu verstehen, wurden Immunpräzipitationsexperimente von SLP2 sowie verschiedene Omics-Ansätze und biochemische Versuche in humanen SLP2 defizienten Zellen durchgeführt. Dabei fanden wir heraus, dass SLP2 mit einer Vielzahl von mitochondrialen Proteinen interagiert und somit fest mit dem mitochondrialen Netzwerk verknüpft ist. Ein Verlust von SLP2 führte zu einer globalen Beeinträchtigung der mitochondrialen Genexpression und einem gesteigerten Umsatz der kleinen mitochondrialen ribosomalen Untereinheit sowie der Interaktoren TMBIM5, DNAJC15 und APOO. Dieser Genexpressionsdefekt führte zu Defiziten der Atmungskette und sekundär zu einer Beeinträchtigung des Krebszyklus sowie einer Stressreaktion der Zelle, der integrierten Stressantwort. Insgesamt zeigen wir in dieser Arbeit, dass SLP2 für die optimale Funktion von Mitochondrien mittels der Genexpression benötigt wird. Des Weiteren decken wir zuvor unbekannte Zusammenhänge von SLP2 im Bereich der Proteinimportmachinerie, des MICOS-Komplex und der Atmungskette auf und entdecken proteinspezifische Effekte von SLP2 auf den Umsatz von Proteinen. Somit zeigen wir mit den Ergebnissen dieser Arbeit, dass SLP2 ein wichtiges Strukturprotein mit diversen Einflüssen auf die mitochondriale Funktion ist. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Thewes, Britta britta.thewes@gmail.com UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-649944
Date:	2022
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 SLP2 English Stomatin-like protein 2 English Scaffold English
Date of oral exam:	2 December 2022
Referee:	Name Academic Title Langer, Thomas Prof. Dr. Riemer, Jan Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/64994