Wolff, Heike (2019). Analysis of heat-induced localization of ESCRTIII core and associated proteins to mRNP granules in A. thaliana. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Endosomes are key sorting compartments in the endomembrane system, including the sorting of transmembrane proteins for degradation. This is achieved by a endocytic event in which the cargo-enriched endosomal membrane buds away from the cytosol and releases an intraluminal vesicle (ILV) into the endosomal lumen. Endosomes that contain ILVs are called multivesicular bodies (MVBs) and ILVs together with their cargo are finally degraded by the fusion of MVBs with the vacuole. ILV formation is executed by evolutionary conserved multi-protein complexes that are called the Endosomal Sorting Complex Required for Transport (ESCRT) system. The late steps of ILV formation are regulated by the ESCRTIII core and associated complex, in which the AAA-ATPase SUPPRESSOR OF K(+) TRANSPORT GROWTH DEFECT 1 (SKD1) is the key enzyme. Recent studies in Arabidopsis thaliana showed that SPIRRIG, a stimulator of SKD1 function in MVB formation, has also a function in the stress-dependent formation of Processing bodies (P-bodies). P-bodies, together with stress granules, are two classes of mRNA-ribonucleoprotein (mRNP) granules that sequester mRNAs during stress-induced polysome disassembly. To see, if other late acting ESCRTIII proteins are associated with mRNP granules, an exhaustive colocalization study was performed. This study showed that SKD1 changes its subcellular localization after heat stress to mRNP granules, independent of MVBs. Other ESCRTIII associated proteins, but none of the tested ESCRTIII core proteins, colocalized to mRNP granule markers. The sequestration of SKD1 and some of its cofactors in mRNP granules led to the hypothesis, that ESCRT trafficking might be temporarily blocked during heat stress. First evidence supporting this hypothesis was gained by the study of the subcellular localization of PIN-FORMED 2, which is transported by ESCRT, after heat stress. In a broader approach, the interactome of SKD1 was analyzed. Several proteins known to associate with mRNP granules were identified, such as members of the chaperonin-containing T-complex or the P-body protein VARICOSE. In addition, new potential interactions with other membrane trafficking proteins, such as members of the homotypic fusion and vacuole protein sorting (HOPS)/class C core vacuole/endosome tethering (CORVET) complex, were identified. A subcellular localization analysis confirmed the association of some candidates with mRNP granules after heat stress and indicated that proteins of other membrane trafficking routes might also be recruited to mRNP granules by heat stress.

Item Type: Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:
AbstractLanguage
Eine zentrale Funktion von Endosomen ist das Sortieren von Proteinen für den Transport innerhalb des Endomembransystems. Dies beinhaltet das Sortieren von Transmembranproteinen für den Abbau in der Vakuole. Ein kompletter Abbau wird ermöglicht, indem durch eine vom Zytosol abgewandte Abschnürung der endosomalen Membran, in der die Transmembranproteine angereichert sind, ein intraluminäres Vesikel (ILV) geformt wird. Endosomen, die ILVs enthalten, werden als „multivesicular bodies” (MVBs) bezeichnet. ILVs und die sich darin befindenden Transmembranproteine werden schließlich komplett abgebaut durch die Fusion des MVBs mit der Vakuole. Die Bildung von ILVs wird durch mehrere evolutiv konservierte Multiprotein-Komplexe reguliert, welche zusammen als das „Endosomal Sorting Complex Required for Transport“ (ESCRT) System bezeichnet werden. Die letzten Schritte der ILV Bildung werden durch den ESCRTIII Kern und assoziierten Komplex reguliert. In diesem Prozess ist die AAA-ATPase „SUPPRESSOR OF K(+) TRANSPORT GROWTH DEFECT 1” (SKD1) das zentrale Enzym. Neue Studien in Arabidopsis thaliana zeigten, dass SPIRRIG, ein Regulator von SKD1, auch eine Funtion in der stressabhängigen Formation von sogenannten „processing bodies“ (P-bodies) hat. P-bodies sowie „stress granules“ repräsentieren zwei Klassen von mRNA-Ribonukleoproteinaggregaten, die als „mRNP granules“ bezeichnet werden und Transkripte nach dem stressinduzierten Zerfall von Polysomen in sich konzentrieren. Um zu untersuchen, ob auch andere spät agierende ESCRTIII Proteine in Assoziation mit mRNP granules sind, wurde eine umfassende Kolokalisationsstudie durchgeführt. In dieser Studie wurde gezeigt, dass SKD1 seine subzelluläre Lokalisation nach Hitzestress ändert und mit mRNP granules kolokalisiert. Diese Umlagerung der Lokalisation ist unabhängig von MVBs. Die beobachtete Konzentrierung von SKD1 und einiger seiner Kofaktoren in mRNP granules führte zu der Hypothese, dass ESCRT-abhängige Transportprozesse möglicherweise während akutem Hitzestress blockiert werden. Durch die Analyse der subzellulären Lokalisation des durch ESCRT transportierten Proteins „PIN-FORMED 2“ nach Hitzestress wurden erste Ergebnisse gesammelt, die in diese Richtung deuten. In einem weiteren, allgemeineren Experiment wurde das Interaktom von SKD1 untersucht. Hierbei wurden einige Proteine identifiziert, von denen bekannt ist, dass sie eine Funktion in mRNP granules haben, wie zum Beispiel Proteine des „chaperon-containing T-complex“ oder das P-body Protein „VARICOSE“. Zusätzlich wurden neue potentielle Proteininteraktionen zwischen SKD1 und anderen Membrantransportproteinen identifiziert, wie beispielsweise mit Komponenten des „homotypic fusion and vacuole protein sorting (HOPS)/class C core vacuole/endosome tethering (CORVET)“ Komplexes. Die subzelluläre Lokalisationsanalyse einiger Interaktomkandidaten bestätigte deren Assoziation mit mRNP granules nach Hitzestress und deutete darauf hin, dass auch Proteine aus anderen Membrantransportprozessen durch Hitzestress in mRNP granules gelangen.German
Creators:
CreatorsEmailORCID
Wolff, HeikeUNSPECIFIEDUNSPECIFIED
URN: urn:nbn:de:hbz:38-95065
Subjects: Life sciences
Uncontrolled Keywords:
KeywordsLanguage
Arabidopsis thaliana, ESCRT, Stress granules, Processing bodies, SKD1, Multivesicular bodies, Heat stress, Vacuolar protein SortingEnglish
Faculty: Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions: Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Botanical Institute
Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Exzellenzcluster Cluster of Excellence in Plant Sciences (CEPLAS)
Language: English
Date: 8 April 2019
Date of oral exam: 3 September 2018
Referee:
NameAcademic Title
Hülskamp, MartinProf. Dr.
Refereed: Yes
URI: http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/9506

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