velikost textu

Protein translocation into hydrogenosomes of "Trichomonas vaginalis"

Upozornění: Informace získané z popisných dat či souborů uložených v Repozitáři závěrečných prací nemohou být použity k výdělečným účelům nebo vydávány za studijní, vědeckou nebo jinou tvůrčí činnost jiné osoby než autora.
Název:
Protein translocation into hydrogenosomes of "Trichomonas vaginalis"
Název v češtině:
Translokace proteinů do hydrogenosomů "Trichomonas vaginalis"
Typ:
Disertační práce
Autor:
Abhijith Radhakrishna Makki, M.Sc., Ph.D.
Školitel:
prof. RNDr. Jan Tachezy, Ph.D.
Oponenti:
Dr. Mgr. Hassan Hashimi, Ph.D.
Catherine Lynn JACKSON, Ph.D.
Id práce:
145197
Fakulta:
Přírodovědecká fakulta (PřF)
Pracoviště:
Katedra parazitologie (31-161)
Program studia:
Parazitologie (P1522)
Obor studia:
-
Přidělovaný titul:
Ph.D.
Datum obhajoby:
6. 12. 2019
Výsledek obhajoby:
Prospěl/a
Jazyk práce:
Angličtina
Klíčová slova:
Hydrogenosomes, Mitochondria, Protein targeting, Protein translocation, Tail-anchored proteins, Translocase of the Outer Membrane, Trichomonas vaginalis
Klíčová slova v angličtině:
Hydrogenosomes, Mitochondria, Protein targeting, Protein translocation, Tail-anchored proteins, Translocase of the Outer Membrane, Trichomonas vaginalis
Abstrakt:
ABSTRAKT (CZECH) Mitochondrie plní řadu významných funkcí v eukaryotických buňkách, jako je energetický metabolismus, syntéza železo-sirných center, apoptóza, bunečná signalizace, kontrola kvality proteinů atd. Většina mitochondriálních proteinů je syntetizována na cytosolických ribozomech a transportována do organel za pomocí cytosolických chaperonů a mitochondriálních membránových translokáz, které rozpoznávají specifické adresové sekvence. Přestože základní principy importu proteinů jsou známé, mnoho otázek zůstává nezodpovězeno, zejména u vysoce modifikovaných mitochondrií, jako jsou hydrogenosomy. Cílem této studie bylo prozkoumat translokaci proteinů do hydrogenosomů lidského parazita Trichomonas vaginalis (Tv), se zaměřením na složení, funkci a strukturu proteinových translokáz a roli adresových sekvencí. Translokáza vnější mitochondriální membrány (TOM) je zodpovědná za import většiny proteinů do mitochondrií. Ačkoliv přítomnost komplexu TOM v hydrogenosomech trichomonád byla predikována na základě analýzy genomu, jednotlivé složky komplexu nebyly známy. Navíc ani celková struktura mitochondriálního komplexu TOM nebyla zcela vyřešena. Tato studie ukázala, že komplex TvTOM je velmi divergentní, sestávající se ze dvou modifikovaných základních podjednotek – TvTom40, který tvoří translokační kanál a protein podobný Tom22, a dále ze dvou podjednotek specifických pro linii trichomonád – Tom36 a Tom46, které pravděpodobně fungují jako receptory. TvTOM navíc tvoří stabilní superkomplex se Sam50, který se podílí na biogenezi β-barelových proteinů. Elektronová mikroskopie odhalila, že studovaná translokáza obsahuje triplet pórů a má neobvyklý tvar připomínající lebku. Preproteiny, které jsou určeny pro transport do mitochondrialní matrix obvykle nesou N-terminální adresovou sekvenci (NTS). Je proto zajímavé, že glykolytický enzym, ATP- dependentní fosfofruktokináza (ATP-PFK) je importován do hydrogenosomů bez predikovatelné NTS. Lokalizační experimenty prokázaly, že TvATP-PFK a homologní ATP- PFK z kvasinek a E. coli mají neznámé interní adresové signály (ITS), které jsou rovněž rozpoznávány importní mašinerií. Z evolučního hlediska může být schopnost mitochondrií a hydrogenosomů rozpoznávat proteiny jako je ATP-PFK na základě ITS původním mechanismem, zatímco import, který závisí na NTS se objevil později. T. vaginalis má řadu proteinů kotvených C-terminální doménou (tail-anchored, TA) ve vnější hydrogenosomální membráně, včetně nově charakterizovaných podjednotek TvTOM. Analýzy fyzikálně- chemických vlastností a lokalizační experimenty ukázaly specifické vlastnosti hydrogenosomálních TA proteinů, jako je vyšší kladný náboj v C-terminálním segmentu, který je v ostatních eukaryotických buňkách charakteristický pouze pro peroxisomální TA proteiny, a ve srovnání s mitochondriálními TA proteiny, hydrogenosomální TA proteiny mají delší transmembránovou doménu. Celkově tyto studie ukazují, že import proteinů do hydrogenosomů je ve srovnání s mitochondriemi v mnoha aspektech odlišný. Ačkoliv komplex TOM s tripletem pórů složených ze tří centrálních podjednotek, byl patrně přítomen již u posledního společného předka eukaryotických organismů, periferní receptory se vyvíjely nezávisle v různých eukaryotických liniích. Změny pozorované ve struktuře translokáz a adresových sekvencích u hydrogenosomů s největší pravděpodobností odrážejí adaptaci hydrogenosomů k anaerobním podmínkám, zejména ztrátu respiračních komplexů, která vedla ke snížení nebo ztrátě membránového potenciálu.
Abstract v angličtině:
ABSTRACT Mitochondria carry out several important functions in eukaryotic cells such as energy metabolism, iron-sulfur cluster assembly, apoptosis, signaling pathways, protein quality control etc. Most mitochondrial proteins are synthesized on the cytosolic ribosomes and transported to the organelles by the cytosolic chaperones and mitochondrial protein import machinery based on specific targeting signals. Although, the basic principles of protein import have been explained, many questions remain unanswered, particularly for highly modified mitochondria such as hydrogenosomes. The aim of the study was to investigate protein translocation into hydrogenosomes of a human parasite, Trichomonas vaginalis (Tv) with a focus on the composition, function and structure of protein translocases and the role of targeting signals. The translocase of the outer membrane (TOM) is responsible for the import of most proteins into the organelle. Even though, the presence of a TOM complex in trichomonad hydrogenosomes was predicted, its components were not known. Moreover, the generic structure of the mitochondrial TOM complex was not resolved. This study showed that the TvTOM complex is highly divergent consisting of two modified core subunits – channel- forming TvTom40 isoforms and a Tom22-like protein, and two lineage-specific subunits – Tom36 and Tom46 that most likely, function as receptors. Additionally, TvTOM forms a stable supercomplex with Sam50 that is involved in the biogenesis of β-barrel proteins. Electron microscopy revealed that the translocase has a triplet-pore structure with a unique skull shape. Mitochondrial matrix preproteins carry an N-terminal targeting sequence (NTS). Interestingly, a glycolytic enzyme, ATP-dependent phosphofructokinase (ATP-PFK) that does not contain a predictable NTS localizes to hydrogenosomes. Localization experiments suggested that TvATP-PFK and its homologous ATP-PFKs from yeast and E. coli possess unknown internal targeting signal (ITS) that is possibly recognized by the protein import machinery. From an evolutionary perspective, the ability of mitochondria and hydrogenosomes to recognize proteins such as ATP-PFK may represent an ancient mechanism from the early phases of organelle evolution whereas, NTS-dependent import might have evolved later. T. vaginalis has several unique tail-anchored (TA) proteins, a class of integral membrane proteins that localize to the hydrogenosomal outer membrane, including the newly characterized TvTOM subunits. Analyses of physico-chemical properties and localization experiments identified new traits for hydrogenosomal TA protein targeting such as higher net positive charges in the C-terminal segment which, otherwise are primarily for peroxisomal TA proteins in aerobic eukaryotes, and a slightly longer transmembrane domain when compared to mitochondrial TA proteins. Taken together, these studies show that the protein import into hydrogenosomes is rather divergent compared to that of mitochondria. The triplet-pore TOM complex, composed of conserved core subunits was present in the last common eukaryotic ancestor while, the peripheral receptors evolved independently in different eukaryotic lineages. The changes observed in the protein translocases and the targeting signals most likely reflect the adaptation of hydrogenosomes to anaerobic conditions, particularly, the loss of respiratory chain complexes that resulted in low or absence of membrane potential.
Dokumenty
Stáhnout Dokument Autor Typ Velikost
Stáhnout Text práce Abhijith Radhakrishna Makki, M.Sc., Ph.D. 10.16 MB
Stáhnout Abstrakt v českém jazyce Abhijith Radhakrishna Makki, M.Sc., Ph.D. 126 kB
Stáhnout Abstrakt anglicky Abhijith Radhakrishna Makki, M.Sc., Ph.D. 132 kB
Stáhnout Autoreferát / teze disertační práce Abhijith Radhakrishna Makki, M.Sc., Ph.D. 399 kB
Stáhnout Posudek oponenta Dr. Mgr. Hassan Hashimi, Ph.D. 744 kB
Stáhnout Posudek oponenta Catherine Lynn JACKSON, Ph.D. 364 kB
Stáhnout Záznam o průběhu obhajoby RNDr. Róbert Šuťák, Ph.D. 154 kB