Preview

PDF, English Download (30MB) | Terms of use

Abstract

Cells resize and reshape their organelles in response to changing physiological demands. This thesis focuses on the endoplasmic reticulum (ER), an organelle which, depending on cell type and physiological conditions, displays remarkable adaptability in both size and shape. Although much is known about the role of proteins in ER morphogenesis, the mechanisms controlling the biogenesis of its membrane, and hence size, are unclear. In this work, I build upon a genetic screen performed to identify genes involved in ER expansion in the budding yeast, Saccharomyces cerevisiae, and I focus on the poorly characterised ER membrane protein Ice2p. I show that Ice2p is required for and promotes ER expansion, and that it does so independently of the central determinant of ER homeostasis, the unfolded protein response (UPR). To further uncover the molecular role of Ice2p, I explore known genetic interactions and discover that Ice2p opposes the activity of Pah1p, which is a conserved phosphatidic acid phosphatase with a central role in the regulation of lipid synthesis in yeast. Specifically, I show that Ice2p interacts with and inhibits the conserved Spo7p-Nem1p complex, which normally dephosphorylates and activates Pah1p. By showing that Ice2p cooperates with pathways transcriptionally controlling lipid synthesis, and with the UPR to maintain cell homeostasis, I place Ice2 into a broader cellular context. Additionally, I present preliminary data approaching the physiological conditions during which cells use Ice2p-Pah1p to control the size of their ER. Finally, in the last part of the thesis, I follow up on the unexpected observation that the reticulon proteins, which are membrane proteins with a central and conserved role in ER morphogenesis, form cytosolic puncta after prolonged ER stress, a phenotype especially pronounced in cells lacking Ice2p. These data suggest that there are mechanisms controlling the membrane association of reticulon proteins, and as an extension ER shape. Overall, this thesis extends the understanding of mechanisms regulating the biogenesis of ER membrane as well as its morphogenesis and provides the ground for future work not only in yeast but also in higher eukaryotes.

Translation of abstract (German)

Zellen verändern die Größe und Form ihrer Organellen als Reaktion auf veränderte physiologische Anforderungen. Diese Arbeit konzentriert sich auf das Endoplasmatische Retikulum (ER), einem Organel, das je nach Zelltyp und physiologischer Bedingung eine bemerkenswerte Anpassungsfähigkeit in Bezug auf Größe und Form aufweist. Obwohl viel über die Rolle von Proteinen bei der Morphogenese des ERs bekannt ist, sind die Mechanismen, die die Biogenese seiner Membran und damit auch seine Größe kontrollieren, unklar. In dieser Arbeit baue ich auf einem genetischen Screening auf, das zur Identifizierung von Genen durchgeführt wurde, die an der ER-Erweiterung in der Hefe Saccharomyces cerevisiae beteiligt sind. Insbesondere konzentriere ich mich auf das derzeit nur wenig charakterisierte ER-Membranprotein Ice2p. Ich zeige, dass Ice2p für die ER-Erweiterung erforderlich ist und diese fördert, und zwar unabhängig von der Unfolded Protein Response (UPR), der zentralen Determinante der ER-Homöostase. Um die molekulare Rolle von Ice2p weiter aufzudecken, untersuchte ich bekannte genetische Interaktionen und entdecke, dass Ice2p der Aktivität von Pah1p, einer konservierten Phosphatidsäurephosphatase, die eine zentrale Rolle bei der Regulierung der Lipidsynthese in Hefe spielt, entgegenwirkt. Ich zeige insbesondere, dass Ice2p mit dem konservierten Nem1p-Spo7p-Komplex, der normalerweise Pah1p dephosphoryliert und aktiviert, interagiert und diesen hemmt. Indem ich zeige, dass Ice2p in Signalwegen eine Rolle spielt, die die Lipidsynthese transkriptionell kontrollieren, und mit der UPR, um die Zellhomöostase aufrechtzuerhalten, stelle ich Ice2 in einen breiteren zellulären Kontext. Darüber hinaus präsentiere ich vorläufige Daten zu den physiologischen Bedingungen, unter denen Zellen Ice2p-Pah1p zur Kontrolle der Größe ihres ERs nutzen. Im letzten Teil der Arbeit gehe ich schließlich auf die unerwartete Beobachtung ein, dass die Retikulon-Proteine, bei denen es sich um Membranproteine handelt, die eine zentrale und konservierte Rolle bei der ER-Morphogenese spielen, nach längerem ER-Stress zytosolische Pünktchen bilden; ein Phänotyp, der in Zellen, denen Ice2p fehlt, besonders ausgeprägt ist. Diese Daten deuten darauf hin, dass es unbekannte Mechanismen geben könnte, die die Membranassoziation von Retikulonproteinen und damit auch die Form des ER kontrollieren. Insgesamt erweitert diese Arbeit das Verständnis der Mechanismen, die die Biogenese der ER-Membran sowie ihre Morphogenese regulieren, und bereitet somit die Grundlage für weiterführende Arbeiten sowohl in Hefe als auch in höheren Eukaryonten.