scholarly journals Sequential Processing of a Mitochondrial Tandem Protein: Insights into Protein Import in Schizosaccharomyces pombe

2006 ◽  
Vol 5 (7) ◽  
pp. 997-1006 ◽  
Author(s):  
Oleh Khalimonchuk ◽  
Martin Ott ◽  
Soledad Funes ◽  
Kai Ostermann ◽  
Gerhard Rödel ◽  
...  

ABSTRACT The sequencing of the genome of Schizosaccharomyces pombe revealed the presence of a number of genes encoding tandem proteins, some of which are mitochondrial components. One of these proteins (pre-Rsm22-Cox11) consists of a fusion of Rsm22, a component of the mitochondrial ribosome, and Cox11, a factor required for copper insertion into cytochrome oxidase. Since in Saccharomyces cerevisiae, Cox11 is physically attached to the mitochondrial ribosome, it was suggested that the tandem organization of Rsm22-Cox11 is used to covalently tie the mitochondrial ribosome to Cox11 in S. pombe. We report here that pre-Rsm22-Cox11 is matured in two subsequent processing events. First, the mitochondrial presequence is removed. At a later stage of the import process, the Rsm22 and Cox11 domains are separated by cleavage of the mitochondrial processing peptidase at an internal processing site. In vivo data obtained using a tagged version of pre-Rsm22-Cox11 confirmed the proteolytic separation of Cox11 from the Rsm22 domain. Hence, the tandem organization of pre-Rsm22-Cox11 does not give rise to a persistent fusion protein but rather might be used to increase the import efficiency of Cox11 and/or to coordinate expression levels of Rsm22 and Cox11 in S. pombe.

2014 ◽  
Author(s):  
Αλέξανδρος Αλεξανδράτος

Τα είδη του γένους Leishmania αποτελούν υποχρεωτικά ενδοκυττάρια πρωτοζωικά παράσιτα που προκαλούν ένα ευρύ φάσμα ασθενειών, τις λεισμανιάσεις. Η λεϊσμανίαση θεωρείται νόσος εξέχουσας σπουδαιότητας, με 2 εκατομμύρια νέα κρούσματα το χρόνο, χρήζουσας μεγάλης κοινωνικής και οικονομικής σημασίας. Για τον έλεγχο των συνεχώς αυξανόμενων κρουσμάτων, είναι επιτακτική ανάγκη η ανάπτυξη νέων μη-τοξικών φαρμάκων που θα στοχεύουν σε μόρια-στόχους σημαντικά για την ολοκλήρωση του παρασιτικού κύκλου ζωής. Κατ’ αυτόν τον τρόπο κρίνεται απαραίτητη η μελέτη μηχανισμών και παραγόντων μολυσματικότητας του παρασίτου, που ελέγχουν τον κυτταρικό κύκλο και τη διαφοροποίηση του παρασίτου. Στα πλαίσια αυτά, έχει δειχθεί ότι η επισωμική υπερέκφραση της συνδετικής ιστόνης Η1 του παρασίτου Leishmania (LeishH1) οδηγεί στην καθυστέρηση της ολοκλήρωσης του κυτταρικού κύκλου, αλλά παράλληλα και στη μείωση του ρυθμού διαφοροποίησης των παρασίτων από προμαστιγωτές σε αμαστιγωτές μορφές, έχοντας σαν αποτέλεσμα τη μείωση της μολυσματικότητας του παρασίτου τόσο in vitro όσο και in vivo. Στόχος αυτής της διατριβής ήταν η ανάδειξη μορίων που επηρεάζουν τη μολυσματικότητα του παρασίτου, μελετώντας το προτέωμα των μη μολυσματικών παρασίτων που υπερεκφράζουν την LeishH1. Η συγκριτική μελέτη των παρασίτων που υπερεκφράζουν τη LeishH1 σε σχέση με τα παράσιτα ελέγχου, είχε επίσης ως σκοπό την περαιτέρω μελέτη του βιολογικού ρόλου της LeishH1 στα παράσιτα και τη διερεύνηση του ρόλου της στη γονιδιακή ρύθμιση του παρασίτου. Η συγκριτική πρωτεομική ανάλυση με ηλεκτροφόρηση δυο-διαστάσεων, των παρασίτων που υπερεκφράζουν την LeishH1 σε σχέση με τα παράσιτα ελέγχου, κατέδειξε πως μόνο μια μικρή ομάδα πρωτεϊνών παρουσιάζει διαφορική έκφραση. Συγκεκριμένα, τρεις πρωτεΐνες [heat shock protein 83 (HSP83), eukaryotic elongation factor 2(eEF-2), alpha subunit of the mitochondrial processing peptidase (α-MPP)] παρουσιάζουν χαμηλότερα επίπεδα έκφρασης ενώ άλλες δυο (α/β τουμπουλίνη, ΜΑΡ) παρουσιάζουν μεγαλύτερη κατανομή έκφρασης. Πειράματα αλυσιδωτής αντίδρασης πολυμεράσης αντίστροφης μεταγραφάσης πραγματικού χρόνου, επιβεβαίωσαν το αποτέλεσμα αυτό, υποδηλώνοντας ότι η LeishH1 δεν είναι γενικός καταστολέας της μεταγραφής αλλά επηρεάζει ένα ειδικό υποσύνολο πρωτεϊνών, σε προ- ή μετα-μεταγραφικό επίπεδο. Ανάμεσα στις πρωτεΐνες με διαφορική έκφραση ήταν και η τουμπουλίνη. Η διαφορική έκφραση της πρωτεΐνης αντικατοπτρίζεται άμεσα στη μορφολογία των παρασίτων που υπερεκφράζουν την LeishH1, καθώς τα παράσιτα αυτά παρουσιάζουν μικρότερο και πιο στρογγυλό σχήμα και μεγαλύτερη μορφολογική ετερογένεια. Μια ακόμα πρωτεΐνη με διαφορική έκφραση, ήταν και η HSP83, η οποία παρουσίασε χαμηλότερα επίπεδα. Θέλοντας να εξακριβώσουμε σε ποιο επίπεδο παρεμβαίνει η LeishH1 στο μηχανισμό έκφρασης της HSP83, συγκρίναμε τα επίπεδα του mRNA και η ανάλυση κατέδειξε ότι δεν υπάρχουν διαφορές στα επίπεδα αυτά. Επίσης, μελετήθηκε ο ρυθμός έκφρασης της πρωτεΐνης μέσω της μεταβολικής σήμανσης των πρωτεϊνών και αποκαλύφθηκε πως σε αυτό το στάδιο εντοπίζεται η παρεμβολή της LeishH1, καθώς τα παράσιτα που την υπερεκφράζουν παρουσιάζουν χαμηλότερο ρυθμό έκφρασης της HSP83. Συμπερασματικά διαφαίνεται πως υπάρχει μια συσχέτιση μεταξύ μονοπατιών που εμπλέκονται στην αντίσταση έναντι φαρμακευτικών ουσιών, στην απόπτωση και τη μολυσματικότητα. Κατ’ αυτόν τον τρόπο, τα ειδικά σήματα και οι μηχανισμοί που ρυθμίζουν τη διαφοροποίηση/μολυσματικότητα του παρασίτου και την απόπτωση/απόκριση στο στρες, χρήζουν περαιτέρω διερεύνησης καθώς φαίνεται να αποτελούν τις δυο όψεις του ίδιου νομίσματος.


2009 ◽  
Vol 20 (19) ◽  
pp. 4216-4224 ◽  
Author(s):  
Mirko Koppen ◽  
Florian Bonn ◽  
Sarah Ehses ◽  
Thomas Langer

m-AAA proteases are ATP-dependent proteolytic machines in the inner membrane of mitochondria which are crucial for the maintenance of mitochondrial activities. Conserved nuclear-encoded subunits, termed paraplegin, Afg3l1, and Afg3l2, form various isoenzymes differing in their subunit composition in mammalian mitochondria. Mutations in different m-AAA protease subunits are associated with distinct neuronal disorders in human. However, the biogenesis of m-AAA protease complexes or of individual subunits is only poorly understood. Here, we have examined the processing of nuclear-encoded m-AAA protease subunits upon import into mitochondria and demonstrate autocatalytic processing of Afg3l1 and Afg3l2. The mitochondrial processing peptidase MPP generates an intermediate form of Afg3l2 that is matured autocatalytically. Afg3l1 or Afg3l2 are also required for maturation of newly imported paraplegin subunits after their cleavage by MPP. Our results establish that mammalian m-AAA proteases can act as processing enzymes in vivo and reveal overlapping activities of Afg3l1 and Afg3l2. These findings might be of relevance for the pathogenesis of neurodegenerative disorders associated with mutations in different m-AAA protease subunits.


2020 ◽  
Author(s):  
Jana Friedl ◽  
Michael R. Knopp ◽  
Carina Groh ◽  
Eyal Paz ◽  
Sven B. Gould ◽  
...  

AbstractMost mitochondrial proteins are synthesized in the cytosol as precursors that carry N-terminal presequences. After import into mitochondria, these targeting signals are cleaved off by the mitochondrial processing peptidase MPP, giving rise to shorter mature proteins. Using the mitochondrial tandem protein Arg5,6 as a model substrate, we demonstrate that MPP has an additional role in preprotein maturation, beyond the removal of presequences. Arg5,6 is synthesized as a polyprotein precursor that is imported into the mitochondrial matrix and subsequently separated into two distinct enzymes that function in arginine biogenesis. This internal processing is performed by MPP, which cleaves the Arg5,6 precursor both at its N-terminus and at an internal site between the Arg5 and Arg6 parts. The peculiar organization and biogenesis of Arg5,6 is conserved across fungi and might preserve the mode of co-translational subunit association of the arginine biosynthesis complex of the polycistronic arginine operon in prokaryotic mitochondrial ancestors. Putative MPP cleavage sites are also present at the junctions in other mitochondrial fusion proteins from fungi, plants and animals. Our data suggest that, in addition to its role as “ticket canceller” for the removal of presequences, MPP exhibits a second, widely conserved activity as internal processing peptidase for complex mitochondrial precursor proteins.


2020 ◽  
Vol 10 (1) ◽  
Author(s):  
Hitoshi Fukazawa ◽  
Akari Tada ◽  
Lynn G. L. Richardson ◽  
Tomohiro Kakizaki ◽  
Susumu Uehara ◽  
...  

AbstractThe majority of genes encoding photosynthesis-associated proteins in the nucleus are induced by light during photomorphogenesis, allowing plants to establish photoautotrophic growth. Therefore, optimizing the protein import apparatus of plastids, designated as the translocon at the outer and inner envelope membranes of chloroplast (TOC–TIC) complex, upon light exposure is a prerequisite to the import of abundant nuclear-encoded photosynthesis-associated proteins. However, the mechanism that coordinates the optimization of the TOC–TIC complex with the expression of nuclear-encoded photosynthesis-associated genes remains to be characterized in detail. To address this question, we investigated the mechanism by which plastid protein import is regulated by light during photomorphogenesis in Arabidopsis. We found that the albino plastid protein import2 (ppi2) mutant lacking Toc159 protein import receptors have active photoreceptors, even though the mutant fails to induce the expression of photosynthesis-associated nuclear genes upon light illumination. In contrast, many TOC and TIC genes are rapidly induced by blue light in both WT and the ppi2 mutant. We uncovered that this regulation is mediated primarily by cryptochrome 1 (CRY1). Furthermore, deficiency of CRY1 resulted in the decrease of some TOC proteins in vivo. Our results suggest that CRY1 plays key roles in optimizing the content of the TOC–TIC apparatus to accommodate the import of abundant photosynthesis-associated proteins during photomorphogenesis.


Genetics ◽  
2000 ◽  
Vol 155 (3) ◽  
pp. 1055-1067
Author(s):  
Ho-Young Kang ◽  
Eunjoo Choi ◽  
Sung-Ho Bae ◽  
Kyoung-Hwa Lee ◽  
Byung-Soo Gim ◽  
...  

Abstract In this report, we investigated the phenotypes caused by temperature-sensitive (ts) mutant alleles of dna2+ of Schizosaccharomyces pombe, a homologue of DNA2 of budding yeast, in an attempt to further define its function in vivo with respect to lagging-strand synthesis during the S-phase of the cell cycle. At the restrictive temperature, dna2 (ts) cells arrested at late S-phase but were unaffected in bulk DNA synthesis. Moreover, they exhibited aberrant mitosis when combined with checkpoint mutations, in keeping with a role for Dna2 in Okazaki fragment maturation. Similarly, spores in which dna2+ was disrupted duplicated their DNA content during germination and also arrested at late S-phase. Inactivation of dna2+ led to chromosome fragmentation strikingly similar to that seen when cdc17+, the DNA ligase I gene, is inactivated. The temperature-dependent lethality of dna2 (ts) mutants was suppressed by overexpression of genes encoding subunits of polymerase δ (cdc1+ and cdc27+), DNA ligase I (cdc17+), and Fen-1 (rad2+). Each of these gene products plays a role in the elongation or maturation of Okazaki fragments. Moreover, they all interacted with S. pombe Dna2 in a yeast two-hybrid assay, albeit to different extents. On the basis of these results, we conclude that dna2+ plays a direct role in the Okazaki fragment elongation and maturation. We propose that dna2+ acts as a central protein to form a complex with other proteins required to coordinate the multienzyme process for Okazaki fragment elongation and maturation.


Antioxidants ◽  
2021 ◽  
Vol 10 (3) ◽  
pp. 346
Author(s):  
Juhyun Sim ◽  
Jiyoung Park ◽  
Hyun Ae Woo ◽  
Sue Goo Rhee

Prx V mRNA contains two in-frame AUG codons, producing a long (L-Prx V) and short form of Prx V (S-Prx V), and mouse L-Prx V is expressed as a precursor protein containing a 49-amino acid N-terminal mitochondria targeting sequence. Here, we show that the N-terminal 41-residue sequence of L-Prx V is cleaved by mitochondrial processing peptidase (MPP) in the mitochondrial matrix to produce an intermediate Prx V (I-Prx V) with a destabilizing phenylalanine at its N-terminus, and further, that the next 8-residue sequence is cleaved by mitochondrial intermediate peptidase (MIP) to convert I-Prx V to a stabilized mature form that is identical to S-Prx V. Further, we show that when mitochondrial H2O2 levels are increased in HeLa cells using rotenone, in several mouse tissues by deleting Prx III, and in the adrenal gland by deleting Srx or by exposing mice to immobilized stress, I-Prx V accumulates transiently and mature S-Prx V levels decrease in mitochondria over time. These findings support the view that MIP is inhibited by H2O2, resulting in the accumulation and subsequent degradation of I-Prx V, identifying a role for redox mediated regulation of Prx V proteolytic maturation and expression in mitochondria.


Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document