ESCRT mediated membrane remodeling

Die ESCRT Maschinerie ist eine Proteinkomplex mit mehreren Untereinheiten, die für die Bildung intraluminaler Vesikel in multivesikulären Körpern, die Zytokinese, das Knospen von Viren und die Reparatur mehrerer Membranen in der Zelle wesentlich ist. Obwohl sich der Rekrutierungsmechanismus zwischen Funktion und Organgellen unterscheidet, sind ESCRT-III und die AAA-ATPase Vps4 die gemeinsamen Nenner für die meisten dieser Prozesse. In der Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae besteht der ESCRT-III Komplex aus vier Kernuntereinheiten: Vps20, Snf7, Vps24 und Vps2. Während diese Proteine wahrscheinlich ähnliche Strukturmerkmale und eine hohe Sequenzhomologie auf Aminosäureebene aufweisen, sind sie in ihrer Funktion nicht redundant. Informationen zur ESCRT-III Organisierung stammen hauptsächlich aus in-vitro Systemen, die klar beschreiben, dass ESCRT-III Untereinheiten miteinander interagieren, um in verschiedenen Formen zu polymerisieren, von kurzen gekrümmten Filamenten und Ringen bis zu helikalen Filamenten, Spiralen und röhrenförmigen Polymeren. Während diese in-vitro Experimente eindeutig die Fähigkeit von ESCRT-III Untereinheiten zur Polymerisation zeigen ist nicht klar, wie ESCRT-III in vivo unter Bildung von Polymeren auf verschiedenen Organellen interagiert. In meiner Doktorarbeit verwendete ich eine Kombination aus Hefegenetik, Fluoreszenzmikroskopie und biochemischer Analyse, um die Organisation von ESCRT-III Filamenten auf Endosomen zu untersuchen. Meine Ergebnisse zeigen wichtige Regionen in den beiden ESCRT-III Kernuntereinheiten Vps24 und Vps2, welche für die Funktion der Proteine essentiell sind. Die Bildung von Vps24 / Vps2 an das Snf7-Protofilament verhindert das Wachstum von Snf7 in lateraler Richtung und steuert dadurch den Aufbau eines funktionellen ESCRT-III-Komplexes. Diese Ergebnisse identifizieren die wichtigsten Wechselwirkungen zwischen diesen ESCRTIII Kernuntereinheiten und ermöglichen die Beschreibung eines Modells, das den Selbstorganisations
The endosomal sorting complexes required for transport (ESCRT) form a multi subunit protein machinery, which is essential for the formation of intraluminal vesicles in multivesicular bodies, cytokinesis, viral budding and repair of several membranes in the cell. Although the recruitment mechanism differs between function and organelles, ESCRT-III and the AAA ATPase Vps4 are the common denominators for most of these processes. In the budding yeast Saccharomyces cerevisiae ESCRT-III consists of four core subunits: Vps20, Snf7, Vps24 and Vps2. While these proteins probably share similar structural features and a high sequence homology on amino acid level, they are not redundant in function. All four core subunits are essential to assemble a functional ESCRT-III complex. Information on ESCRT-III assembly is mainly derived from in vitro systems, which describe clearly that ESCRT-III subunits interact with each other to polymerize in various forms, ranging from short curved filaments and rings to helical filaments, spirals and tubular polymers. While these in vitro experiments unambiguously demonstrate the capacity of ESCRT-III subunits to polymerize, it is not clear how ESCRT-III subunits interact to form polymers on different organelles in vivo and how the formation of ESCRT-III polymers leads to the remodelling of their target membranes. In my thesis, I used a combination of yeast genetics, fluorescence microscopy and biochemical analysis to study the subunit organization of ESCRT-III filament on endosomes, and to define how ESCRT-III subunits interact with each other. My results identify important residues in Vps24 and Vps2, which are required for ESCRT-III filament formation. It seems that Vps24 and Vps2 form a heterofilament, in which the two subunits alternate. Furhtermore, the interaction of the Vps24/Vps2 heterofilament alongside the Snf7 protofilament prevents Snf7 growth in lateral direction. This completes the self-assembly process of the ESCRT-III core subuni
vorgelegt von Simon Sprenger, MSc
in deutscher Sprache
Kumulative Dissertation aus vier Artikeln
Dissertation Medical University Innsbruck 2022