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Finkbeiner, Martin G. (2003): Ssp1p is a lipid binding protein involved in shaping of the prospore membrane during meiosis in S. cerevisiae. Dissertation, LMU München: Faculty of Biology
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Abstract

Meiosis is a special form of cell division which results in the formation of haploid cells. At the end of meiosis in yeast four new cells, the so-called spores, are formed inside the boundaries of the mother cell. This morphogenetic process requires de novo formation of the cell membranes. Surprisingly it is the spindle pole bodies (SPBs) which organize the formation of these prospore membranes (PSMs). Membrane vesicles, probably redirected from the secretory pathway, accumulate at the cytoplasmic face of the SPB and fuse to form a continuous membrane system. In our lab we have identified a protein complex which localizes to the tip of this growing membrane, the leading edge protein coat (LEP coat). In this thesis I demonstrate that the S. cereviaiae protein Ssp1p is a novel component of the LEP coat. It is even the most important constituent of the LEP coat as it recruits all other components to this structure. I can show here that Ssp1p is a lipid binding protein and this affinity is probably required for anchoring the protein complex in the membrane. Ssp1p would then act like a hinge, connecting the PSM to Ady3p, another protein of the LEP coat. Deletion of SSP1 results in a block of sporulation. Here I show that this is most probably due to a defect in membrane shaping. In the deletion mutant the PSM sticks very tightly to the nuclear envelope and closes without incorporating cytoplasm. This later on leads to a defect in spore formation and to a loss of viability. One possible explanation for this phenotype would be that the LEP coat serves as a scaffold which provides some structural stability to the membrane while it grows. The protein ring at its tip might also keep the membrane open until all constituents required are enclosed. In addition to its lipid binding activity it is demonstrated that Ssp1p localizes to the plasma membrane of the bud when it is overexpressed in mitotic cells. This is a hint that Ssp1p might be involved in membrane vesicle targeting. Ssp1p could either be directed to target membranes by their lipid composition or by other interacting proteins. As overexpression of Ssp1p in mitotic cells is toxic some interference with the secretory pathway machinery is proposed.

Abstract

Meiose ist eine spezielle Form der Zellteilung, als Endprodukte entstehen haploide Zellen. In der Bäckerhefe S. cerevisiae werden am Ende der Meiose vier Tochterzellen, die sogenannten Sporen, innerhalb des alten Kompartiments der Mutterzelle gebildet. Dieser Differenzierungsprozess erfordert die komplette Neubildung der äußeren Membranen. Überraschenderweise wird diese Neubildung der sogenannten Prospormembranen von den Spindelpolkörpern organisiert. Membranvesikel, die vermutlich aus dem sekretorischen Pfad stammen, werden umgeleitet und akkumlieren am Spindelpolkörper, wo sie miteinander fusionieren und eine kontinuierliche Membran bilden. In unserem Labor haben wir haben einen Proteinkomplex identifiziert, der an der Spitze dieser wachsenden Membran lokalisiert und dort eine ringförmige Struktur ausbildet. In dieser Arbeit konnte ich zeigen, daß Ssp1p eine weitere Komponente dieses Proteinkomplexes ist. Ssp1p ist sogar die wichtigste der bisher identifizierten Komponenten, da die Lokalisierung aller anderen Proteine an diese Membranstruktur von Ssp1p abhängt. Die Entdeckung, daß Ssp1p ein Lipid-bindendes Protein ist, erklärt den Aufbau dieser Struktur. Ssp1p interagiert auf der einen Seite mit Ady3p, einem Bestandteil dieses membranständigen Proteinkomplexes, auf der anderen Seite verankert es mittels seiner Fähigkeit zur Lipidbindung den ganzen Komplex in der Membran. Wird SSP1 deletiert so verliert die Zelle die Fähigkeit zur Sporulation. Ich konnte zeigen, daß der Grund hierfür wahrscheinlich in einer Störung der Ausbildung der Prospormembran liegt. In der Deletionsmutante liegt die Prospormembran extrem eng auf der Kernmembran und der Abschluß erfolgt bereits, bevor Cytoplasma eingschlossen werden konnte. Dies führt dann später zu einem Defekt der Sporenbildung und einem Verlust der Lebensfähigkeit. Eine mögliche Erklärung für die Funktion dieses membranständigen Proteinkomplexes wäre, daß durch sein stabiles Gerüst der wachsenden Membran eine gewisse strukturelle Rigidität gegeben wird. Es ist auch denkbar, daß der Proteinring die Membran geöffnet hält bis alle notwendigen Bestandteile aufgenommen wurden. Zusätzlich zur Lipidbindungsaktivität von Ssp1p wurde entdeckt, daß Ssp1p, wenn es mitotisch überexprimiert wird, an der Plasmamembran der Tochterzelle (Knospe) lokalisiert. Dies könnte bedeuten, daß Ssp1p eine Rolle bei der Lenkung der sekretorischen Membranvesikel spielt. Durch die Bindung an spezielle Lipide könnte Ssp1p in Membranbereiche gelenkt werden, die Ziele für solche sekretorischen Vesikel darstellen. Diese spezielle Lokalisierung könnte aber auch durch Proteininteraktionen bewirkt werden. Da die Überexpression von Ssp1p für mitotische Zellen toxisch ist liegt es nahe anzunehmen, daß dieses Protein einen Einfluß auf die Funktion der Proteine des sekretorischen Pfades hat.