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

dc.contributor.advisorBraus, Gerhard Prof. Dr.de
dc.contributor.authorPadmanabhan, Nirmalade
dc.date.accessioned2008-11-13T06:48:59Zde
dc.date.accessioned2013-01-18T14:22:36Zde
dc.date.available2013-01-30T23:50:18Zde
dc.date.issued2008-11-13de
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0006-B379-Fde
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.53846/goediss-3169
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.53846/goediss-3169
dc.description.abstractYnm3 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.de
dc.format.mimetypeapplication/pdfde
dc.language.isoengde
dc.rights.urihttp://webdoc.sub.gwdg.de/diss/copyr_diss.htmlde
dc.titleThe Saccharomyces cerevisiae HtrA orthologue, Ynm3, is a chaperone-protease that aids survival under heat stressde
dc.typedoctoralThesisde
dc.title.translatedDas Saccharomyces cerevisiae HtrA Ortholog, Ynm3, ist eine Chaperon-Protease, die für das Überleben unter Hitzestress verantwortlich istde
dc.contributor.refereeGatz, Christiane Prof. Dr.de
dc.date.examination2008-11-03de
dc.subject.dnb570 Biowissenschaftende
dc.subject.dnbBiologiede
dc.description.abstractengYnm3 is the only budding yeast protein possessing a combination of a serine protease and PDZ domains, a defining feature of the widely conserved HtrA (high temperature requirement A) protein family. The bacterial HtrA/DegP is involved in protective stress response to aid survival at higher temperatures by cleaving irreversibly unfolded proteins in the periplasm. At ambient growth temperatures, it acts as a chaperone and aids maturation of outer membrane proteins that have escaped folding mediated by the primary periplasmic chaperone SurA. Studies involving overexpression of mammalian mitochondrial HtrA2/Omi in cell culture propose a proapoptotic role for the protein. Mice lacking HtrA2/Omi or its protease activity, however, show no evidence of reduced rate of cell death. Instead, these mice suffer loss of a population of neurons in the striatum leading to a Parkinsonian phenotype. Two mutations in the gene encoding human HtrA2/Omi, leading to partial loss of protease activity have been identified as susceptibility factors for the development of Parkinson s disease. There is mounting evidence that the mammalian HtrA2/Omi, a resident of the mitochondrial intermembrane space could have a protective role. The hypothesis that HtrA2/Omi might act as a chaperone-protease like its bacterial counterparts is indeed very attractive considering that mitochondria are evolutionary derivatives of ancestral α-proteobacteria. It is noteworthy that no such definitive function has been ascribed to any eukaryotic member. This work deals with unravelling the cellular role of Ynm3, the HtrA orthologue of the simple eukaryotic model, the unicellular Saccharomyces cerevisiae with respect to unfolding stresses.The major finding of this work is that Ynm3, like the E. coli HtrA/DegP, is a dual chaperone-protease. The proteolytic activity conferred by the serine residue at position 236 of Ynm3 is crucial for executing its protective role upon heat stress. Ynm3 also exhibits strong ATP-independent general chaperone activity in vitro, a novel finding for a eukaryotic HtrA member. I propose that the chaperone activity of Ynm3 may be important to improve the efficiency of proteolysis of aberrant proteins by preventing the formation of non-productive toxic aggregates and presenting them in a soluble state to its protease domain. Like in the case of the classic proteolytic complexes of bacteria and mitochondria, Ynm3 s associated chaperone activity may be indispensable for sequestering proteins that need to be cleaved, in their unfolded states, in order to accommodate them in its proteolytic chamber which may be too narrow to allow the entry of misfolded or folded conformers.Suppression studies performed in this study led to the identification of Fpr3, a nucleolar peptidyl prolyl cis-trans isomerase (PPIase), as a partial knockout suppressor of the heat sensitivity of Δynm3. Further analysis demonstrated that Fpr3 acts as a strong chaperone, in vitro. A similar scenario exists in the bacterial periplasm where the bacterial HtrA/DegP partly compensates the folding activity of the major periplasmic chaperone SurA, which is also a PPIase. The observed interaction with the PPIase, Fpr3 further supports the role of the eukaryotic HtrA member Ynm3 in protein quality control analogous to the bacterial HtrA/DegP.Ynm3 is primarily nuclear but a subpopulation is associated with mitochondria. This study provides initial evidence that Ynm3 is presumably involved in mitochondrial homeostasis during aging. Since the budding yeast has been effectively used to derive molecular mechanisms underlying apoptosis, unfolding stresses and human neurodegenerative disorders, this work could have significant bearing on the understanding of the role of HtrA2/Omi, the mammalian mitochondrial HtrA counterpart implicated in Parkinson s disease, especially with respect to protein quality control.de
dc.contributor.coRefereeSchulz, Jörg B. Prof. Dr.de
dc.subject.topicMolecular Biology & Neurosciences Programde
dc.subject.gerBäcker Hefede
dc.subject.gerParkinson Krankheitde
dc.subject.gerProtein Qualitätskontrollede
dc.subject.gerHtrAde
dc.subject.engBudding yeastde
dc.subject.engParkinsonde
dc.subject.bk42.30de
dc.identifier.urnurn:nbn:de:gbv:7-webdoc-1938-5de
dc.identifier.purlwebdoc-1938de
dc.affiliation.instituteGöttinger Graduiertenschule für Neurowissenschaften und molekulare Biowissenschaften (GGNB)de
dc.subject.gokfullWUK 000: Genetik der Mikroorganismende
dc.subject.gokfullMolekularbiologie der Mikrorganismen {Mikrobiologie}de
dc.subject.gokfullWJ 000: Genetik {Biologie}de
dc.identifier.ppn614662273de


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