The Saccharomyces cerevisiae HtrA orthologue, Ynm3, is a chaperone-protease that aids survival under heat stress

Abstract

Ynm3 ist das einzige Protein der Bäckerhefe, das eine Kombination von Serin Protease und PDZ Domänen, ein die hoch konservierte HtrA2 Proteinfamilie definierendes Merkmal, besitzt. Das Bakterielle HtrA2/DegP ist in die schützende Stressantwort involviert und hilft beim Überleben höherer Temperaturen, indem es irreversibel ungefaltete Proteine im Periplasma zerschneidet. Bei normalen Temperaturen hilft es als Chaperon bei der Reifung äußerer Membranproteine welche der Faltung durch das periplasmatische SurA entgangen sind. Überexpressionsstudien in Zellkulturen mit mitochondrialen HtrA2/Omi von Säugern weisen auf eine proapoptosche Rolle dieses Proteins hin. Mäuse ohne HtrA2/Omi zeigen jedoch keine reduzierte Zelltodrate. Stattdessen leiden sie an einem Verlust von Neuronen im Striatum, welcher zu einem Parkinson ähnlichem Phänotyp führt. Für das humane HtrA2/Omi konnten zwei Allele mit einem teilweisen Verlust der Proteaseaktivität als Faktoren in der Entstehung von Parkinson identifiziert werden. Daher scheint es eher, dass Säuger HtrA2/Omi, welches im Intermembranraum von Mitochondrien lokalisiert ist, eine die Zelle schützende Rolle spielt. Die Hypothese, dass auch hier HtrA2/Omi wie sein bakterielles Gegenstück als Chaperon-Protease wirkt ist sehr attraktiv, wenn man in Betracht zieht, dass Mitochondrien von frühen α-Proteobakterien abstammen. Bisher wurde jedoch keine solche Funktion in einem Eukarionten beschrieben. Diese Arbeit untersucht nun die zelluläre Rolle von Ynm3, dem HtrA2 Ortholog von Saccharomyces cerevisiae, einem einfachen einzelligen eukariontischen Modelorganismus.Das haupsächliche Ergebnis dieser Arbeit ist nun, dass Ynm3, wie das HtrA/DegP aus E. coli, wirklich eine Chaperon-Protease ist. Die proteolytische Aktivität von Ynm3 mit dem katalytischen Serin an Position 236 ist wichtig für seine schützende rolle bei Temperaturstress. Außerdem konnte erstmalig für ein Mitglied der eukariontischen HtrA Familie eine generelle ATP-unabhängige Chaperonaktivität in vitro gezeigt werden. Diese Chaperonaktivität von Ynm3 könnte für die Effizienz der Proteolyse wichtig sein, indem sie die Formation von nicht prozessierbaren toxischen Aggregaten verhindert und die Subsrate in löslicher Form der Proteasedomäne zuführt. Wie bei dem klassischem proteolytischen Komplex von Bakterien und Mitochondrien könnte die Chaperonaktivität von Ynm3 für den Abbau von Proteinen wichtig sein, die ungefaltet geschnitten werden müssen, da sie sonst keinen Zugang zum katalytischem Zentrum finden.Ein Suppressorscreen in dieser Arbeit identifizierte Fpr3, eine nukleolare Peptidyl Prolyl cis-trans Isomerase (PPIase) als Suppressor der Thermosensitivität von Δynm3. Weitere Analysen zeigten eine starke Chaperonaktivität von Fpr3 in vitro. Auch hier existiert ein bakterielles Gegenstück, das periplasmatische Chaperon SurA, welches durch das bakterielle HtrA/DegP teilweise ersetzt werden kann. Die beobachtete Interaktion von Ynm3 mit der PPIase Fpr3 unterstützt zusätzlich die Hypothese, dass Ynm3, als eukariontisches Mitglied der HtrA Familie, eine Rolle in der Protein Qualitätskontrolle analog zu der von bakteriellem HtrA/DegP spielt.Ynm3 ist hauptsächlich nuklear lokalisiert, jedoch konnte in alten Zellen eine Subpopulation assoziiert mit Mitochondrien gefunden werden. Ynm3 könnte also auch eine Rolle für die mitochondriale Homeostase wärend des Alterns spielen. Die Bäckerhefe wurde bislang schon oft erfolgreich genutzt um molekulare Mechanismen von humanen, auch neurodegenerativen, Krankheiten zu verstehen. Daher könnte auch diese Arbeit signifikant zum Verständnis der Rolle von HtrA2/Omi, besonders im Hinblick auf die Protein Qualitätskontrolle, bei der Entstehung von Parkinson beitragen.