Structural insights into crista junction formation by the Mic60-Mic19 complex

Mitochondrial cristae membranes are the oxidative phosphorylation sites in cells. Crista junctions (CJs) form the highly curved neck regions of cristae and are thought to function as selective entry gates into the cristae space. Little is known about how CJs are generated and maintained. We show that the central coiled-coil (CC) domain of the mitochondrial contact site and cristae organizing system subunit Mic60 forms an elongated, bow tie–shaped tetrameric assembly. Mic19 promotes Mic60 tetramerization via a conserved interface between the Mic60 mitofilin and Mic19 CHCH (CC-helix-CC-helix) domains. Dimerization of mitofilin domains exposes a crescent-shaped membrane-binding site with convex curvature tailored to interact with the curved CJ neck. Our study suggests that the Mic60-Mic19 subcomplex traverses CJs as a molecular strut, thereby controlling CJ architecture and function

An ER surface retrieval pathway safeguards the import of mitochondrial membrane proteins in yeast

The majority of organellar proteins are translated on cytosolic ribosomes and must be sorted correctly to function.Targeting routes have been identified for organelles such as peroxisomes and the endoplasmic reticulum (ER). However, little is known about the initial steps of targeting of mitochondrial proteins. In this study, we used a genome-wide screen in yeast and identified factors critical for the intracellular sorting of themitochondrial innermembrane protein Oxa1.The screen uncovered an unexpected path, termed ER-SURF, for targeting ofmitochondrialmembrane proteins.This pathway retrieves mitochondrial proteins from the ER surface and reroutes them to mitochondria with the aid of the ER-localized chaperone Djp1. Hence, cells use the expanse of the ERsurfaces as a fail-safe tomaximize productive mitochondrial protein targeting

Ema19 - ein ER-Protein mit Relevanz für mitochondriale Proteine

Das Zytosol ist der Hauptort der Proteinbiosynthese. Während viele Proteine im Zytosol bleiben, muss ein Großteil zu unterschiedlichen Kompartimenten der Zelle transportiert werden. Die korrekte Lokalisation der Polypeptide ist essentiell für die Homöostase der Zelle. Werden Proteine fehlgeleitet oder gar nicht transportiert, können diese in der Zelle aggregieren, was zu Stress bis hin zum Zelltod führen kann. Obwohl der Import mitochondrialer Proteine über die verschiedenen Membranen der Mitochondrien sehr gut erforscht ist, war lange unklar, wie diese Proteine zu ihrem Zielorganell transportiert werden. In den letzten Jahren wurde diese Wissenslücke teilweise gefüllt, neue zytosolische Faktoren wurden identifiziert und alternative Transportwege aufgedeckt. Eine solche Entdeckung war der Transportweg namens ER-SURF. Hier werden mitochondriale Proteine an die Membran des endoplasmatischen Retikulums transportiert, wo sie vom Co-Chaperon Djp1 gebunden und zu den Mitochondrien gebracht werden. Im Zuge der Studie zu ER-SURF wurde ein Protein identifiziert, das bisher noch uncharakterisiert war. Dieses Protein nannten wir Ema19 („Efficient Mitochondria Targeting–Associated Protein 19”). Es ist ein Membranprotein des endoplasmatischen Retikulums, das vier Transmembrandomänen besitzt. Ziel dieses Projekts war es, die Funktion von Ema19 für die Zelle zu analysieren. Durch ein Alignment konnte ich feststellen, dass das Protein bis in den Menschen hoch konserviert ist, was auf eine wichtige Rolle für die Zelle schließen ließ. Da Ema19 im Zusammenhang mit dem ER-SURF Transportweg identifiziert wurde, habe ich zunächst eine mögliche Rolle für den Transport und Import mitochondrialer Proteine in unterschiedlichen Experimenten getestet. Im Laufe der Arbeit wurde jedoch deutlich, dass Ema19 keine direkte Rolle beim Import von mitochondrialen Proteinen spielt. Allerdings konnte ich durch mehrere unabhängige Versuche einen Zusammenhang mit der Lokalisation und dem Abbau mitochondrialer Proteine feststellen. Fehlt Ema19 in der Zelle, ist vor allem das mitochondriale Protein Oxa1 mehr am endoplasmatischen Retikulum vorzufinden. Ebenso konnte ich feststellen, dass Oxa1, sowie das Intermembranraumprotein Erv1, langsamer abgebaut werden als in Wildtypzellen. Diese Experimente geben erste Hinweise auf eine mögliche Rolle von Ema19 für den Abbau mitochondrialer Proteine an der ER-Membran. Nichtsdestotrotz bleiben noch viele Fragen offen und weitere Versuche sind nötig, um diese Hypothese weiter zu unterstützen

Ema19 - ein ER-Protein mit Relevanz für mitochondriale Proteine

Das Zytosol ist der Hauptort der Proteinbiosynthese. Während viele Proteine im Zytosol bleiben, muss ein Großteil zu unterschiedlichen Kompartimenten der Zelle transportiert werden. Die korrekte Lokalisation der Polypeptide ist essentiell für die Homöostase der Zelle. Werden Proteine fehlgeleitet oder gar nicht transportiert, können diese in der Zelle aggregieren, was zu Stress bis hin zum Zelltod führen kann. Obwohl der Import mitochondrialer Proteine über die verschiedenen Membranen der Mitochondrien sehr gut erforscht ist, war lange unklar, wie diese Proteine zu ihrem Zielorganell transportiert werden. In den letzten Jahren wurde diese Wissenslücke teilweise gefüllt, neue zytosolische Faktoren wurden identifiziert und alternative Transportwege aufgedeckt. Eine solche Entdeckung war der Transportweg namens ER-SURF. Hier werden mitochondriale Proteine an die Membran des endoplasmatischen Retikulums transportiert, wo sie vom Co-Chaperon Djp1 gebunden und zu den Mitochondrien gebracht werden. Im Zuge der Studie zu ER-SURF wurde ein Protein identifiziert, das bisher noch uncharakterisiert war. Dieses Protein nannten wir Ema19 („Efficient Mitochondria Targeting–Associated Protein 19”). Es ist ein Membranprotein des endoplasmatischen Retikulums, das vier Transmembrandomänen besitzt. Ziel dieses Projekts war es, die Funktion von Ema19 für die Zelle zu analysieren. Durch ein Alignment konnte ich feststellen, dass das Protein bis in den Menschen hoch konserviert ist, was auf eine wichtige Rolle für die Zelle schließen ließ. Da Ema19 im Zusammenhang mit dem ER-SURF Transportweg identifiziert wurde, habe ich zunächst eine mögliche Rolle für den Transport und Import mitochondrialer Proteine in unterschiedlichen Experimenten getestet. Im Laufe der Arbeit wurde jedoch deutlich, dass Ema19 keine direkte Rolle beim Import von mitochondrialen Proteinen spielt. Allerdings konnte ich durch mehrere unabhängige Versuche einen Zusammenhang mit der Lokalisation und dem Abbau mitochondrialer Proteine feststellen. Fehlt Ema19 in der Zelle, ist vor allem das mitochondriale Protein Oxa1 mehr am endoplasmatischen Retikulum vorzufinden. Ebenso konnte ich feststellen, dass Oxa1, sowie das Intermembranraumprotein Erv1, langsamer abgebaut werden als in Wildtypzellen. Diese Experimente geben erste Hinweise auf eine mögliche Rolle von Ema19 für den Abbau mitochondrialer Proteine an der ER-Membran. Nichtsdestotrotz bleiben noch viele Fragen offen und weitere Versuche sind nötig, um diese Hypothese weiter zu unterstützen

In vitro import experiments with semi-intact cells suggest a role of the Sec61 paralog Ssh1 in mitochondrial biogenesis

Mitochondrial biogenesis relies on the synthesis of hundreds of different precursor proteins in the cytosol and their subsequent import into the organelle. Recent studies suggest that the surface of the endoplasmic reticulum (ER) actively contributes to the targeting of some mitochondrial precursors. In the past, in vitro import experiments with isolated mitochondria proved to be extremely powerful to elucidate the individual reactions of the mitochondrial import machinery. However, this in vitro approach is not well suited to study the influence of non-mitochondrial membranes. In this study, we describe an in vitro system using semi-intact yeast cells to test a potential import relevance of the ER proteins Erg3, Lcb5 and Ssh1, all being required for efficient mitochondrial respiration. We optimized the conditions of this experimental test system and found that cells lacking Ssh1, a paralog of the Sec61 translocation pore, show a reduced import efficiency of mitochondrial precursor proteins. Our results suggest that Ssh1, directly or indirectly, increases the efficiency of the biogenesis of mitochondrial proteins. Our findings are compatible with a functional interdependence of the mitochondrial and the ER protein translocation systems

The ER protein Ema19 facilitates the degradation of non-imported mitochondrial precursor proteins

For the biogenesis of mitochondria, hundreds of proteins need to be targeted from the cytosol into the various compartments of this organelle. The intramitochondrial targeting routes these proteins take to reach their respective location in the organelle are well understood. However, the early targeting processes, from cytosolic ribosomes to the membrane of the organelle, are still largely unknown. In this study, we present evidence that an integral membrane protein of the endoplasmic reticulum (ER), Ema19, plays a role in this process. Mutants lacking Ema19 show an increased stability of mitochondrial precursor proteins, indicating that Ema19 promotes the proteolytic degradation of non-productive precursors. The deletion of Ema19 improves the growth of respiration-deficient cells, suggesting that Ema19-mediated degradation can compete with productive protein import into mitochondria. Ema19 is the yeast representative of a conserved protein family. The human Ema19 homolog is known as sigma 2 receptor or TMEM97. Though its molecular function is not known, previous studies suggested a role of the sigma 2 receptor as a quality control factor in the ER, compatible with our observations about Ema19. More globally, our data provide an additional demonstration of the important role of the ER in mitochondrial protein targeting

Structural insights into crista junction formation by the Mic60-Mic19 complex

Mitochondrial cristae membranes are the oxidative phosphorylation sites in cells. Crista junctions (CJs) form the highly curved neck regions of cristae and are thought to function as selective entry gates into the cristae space. Little is known about how CJs are generated and maintained. We show that the central coiled-coil (CC) domain of the mitochondrial contact site and cristae organizing system subunit Mic60 forms an elongated, bow tie-shaped tetrameric assembly. Mic19 promotes Mic60 tetramerization via a conserved interface between the Mic60 mitofilin and Mic19 CHCH (CC-helix-CC-helix) domains. Dimerization of mitofilin domains exposes a crescent-shaped membrane-binding site with convex curvature tailored to interact with the curved CJ neck. Our study suggests that the Mic60-Mic19 subcomplex traverses CJs as a molecular strut, thereby controlling CJ architecture and function.ISSN:2375-254

Structural insights into crista junction formation by the Mic60-Mic19 complex

Mitochondrial cristae membranes are the oxidative phosphorylation sites in cells. Crista junctions (CJs) form the highly curved neck regions of cristae and are thought to function as selective entry gates into the cristae space. Little is known about how CJs are generated and maintained. We show that the central coiled-coil (CC) domain of the mitochondrial contact site and cristae organizing system subunit Mic60 forms an elongated, bow tie-shaped tetrameric assembly. Mic19 promotes Mic60 tetramerization via a conserved interface between the Mic60 mitofilin and Mic19 CHCH (CC-helix-CC-helix) domains. Dimerization of mitofilin domains exposes a crescent-shaped membrane-binding site with convex curvature tailored to interact with the curved CJ neck. Our study suggests that the Mic60-Mic19 subcomplex traverses CJs as a molecular strut, thereby controlling CJ architecture and function.ISSN:2375-254