Mcp1 and Mcp2, two novel proteins involved in mitochondrial lipid homeostasis

Abstract

Mdm10 is a beta-barrel protein that is localized to the mitochondrial outer membrane (MOM). It is found in fungi but is not conserved in higher eukaryotes. Mdm10 is involved in several processes of mitochondrial biogenesis. It is a subunit of a subpopulation of the TOB complex and affects the insertion of beta-barrel proteins. In addition, loss of Mdm10 directly impairs mitochondrial genome stability, movement, inheritance, morphogenesis and lipid composition. Recently, Mdm10 was identified as a subunit of the ERMES complex involved in formation of contact sites between the ER and mitochondria in yeast. Despite its importance for mitochondria, the primary function of Mdm10 is so far unclear. To decipher the precise function of Mdm10, a screen for high-copy suppressors of the growth of mdm10 deleted cells was performed. Two novel mitochondrial proteins named Mcp1 and Mcp2 were identified as such multi-copy suppressors. Mcp1 is a multi-span protein in the MOM, whereas Mcp2 is located to the mitochondrial inner membrane (MIM). Over-expression of Mcp1 or Mcp2 can completely or partly complement the growth defect and alteration of mitochondrial morphology in cells lacking Mdm10. Accordingly, such over-expression leads to rescue of the assembly phenotype of respiratory chain supercomplexes observed in mdm10 deleted cells. However, over-expression of Mcp1 or Mcp2 cannot restore the reduced assembly of TOM and TOB complexes in mdm10 deleted cells. Mcp1 and Mcp2 are also found to be suppressors of the deletion growth phenotype of other subunits of the ERMES complex. Lipid analysis by quantitative mass spectrometry showed that over-expression of Mcp1 or Mcp2 partly complements the alterations in phospholipid composition in mitochondria isolated from cells lacking Mdm10. Furthermore, high ergosterol levels were observed in cells lacking any subunit of the ERMES complex and these elevated amounts can be reduced by over-expression of Mcp1. Collectively, a working hypothesis can be proposed in which Mcp1 and Mcp2 build a “bypass route” to the default lipid transport pathway mediated by the ERMES complex in yeast. Both proteins seem to play an important role in mitochondrial lipid homeostasis. In addition, this work adds new insight into the function of Mdm10 and the ERMES complex by demonstrating that this complex takes part in the homeostasis of ergosterol in mitochondria.

Mdm10 ist ein beta-barrel Protein, welches in der äußeren mitochondrialen Membran (MOM) lokalisiert ist. Es kommt in Pilzen vor, ist in höheren Eukaryoten aber nicht konserviert. Mdm10 ist an mehreren Prozessen der mitochondrialen Biogenese beteiligt. Es ist eine Untereinheit einer Subpopulation des TOB Komplexes und beeinflusst die Insertion von beta-barrel Proteinen. Außerdem beeinträchtigt der Verlust von Mdm10 direkt die mitochondriale Genomstabilität, Transport, Vererbung, Morphogenese und Lipidzusammensetzung. Kürzlich wurde Mdm10 als Untereinheit des ERMES Komplexes identifiziert, der sich an der Bildungen von Kontakten zwischen ER und Mitochondrien in Hefe beteiligt. Trotz seiner großen Bedeutung für Mitochondrien ist die primäre Funktion von Mdm10 unklar. Um die genaue Funktion von Mdm10 zu entschlüsseln, wurde ein Screening nach high-copy Suppressoren bezüglich des Wachstums von mdm10 delta Zellen durchgeführt. Zwei neue mitochondriale Proteine namens Mcp1 und Mcp2 wurden als multi-copy Suppressoren identifiziert. Mcp1 ist ein Protein, mit mehreren Transmembran-Domänen, in der äußeren mitochondrialen Membran, während sich Mcp2 in der inneren mitochondrialen Membran befindet. Überexpression von Mcp1 oder Mcp2 kann teilweise oder komplett Wachstumsdefekte und Veränderungen der mitochondrialen Morphologie in Zellen, denen Mdm10 fehlt, retten. Außerdem führt die Überexpression eines der Beiden zur Rettung des Aufbaudefektes der Atmungskettesuperkomplexe, der in mdm10 delta Zellen beobachtet wurde. Die Überexpression von Mcp1 oder Mcp2 kann jedoch nicht den defekten Aufbau der TOM und TOB Komplexe in mdm10 delta Zellen wiederherstellen. Mcp1 und Mcp2 sind auch Suppressoren des Wachstumsphänotyps in Zellen, denen andere Untereinheiten des ERMES Komplex fehlen. Eine Lipidanalyse mittels quantitativer Massenspektrometrie hat gezeigt, dass die Veränderungen der Phospholipidzusammensetzung in Mitochondrien, die aus mdm10 delta Zellen isolieret wurden, teilweise durch Überexpression von Mcp1 oder Mcp2 unterdrückt werden können. Außerdem wurden erhöhte Ergosterinwerte, in Zellen, denen eine Untereinheit des ERMES Komplex fehlt, festgestellt. Diese erhöhten Werte können durch Überexpression von Mcp1 verringert werden. Zusammenfassend wird die These aufgestellt, dass Mcp1 und Mcp2 einen "Bypass" zum Standardlipidtransportweg bilden, welcher in Hefe durch den ERMES Komplex vermittelt wird. Beide Proteine spielen eine wichtige Rolle in der mitochondrialen Lipidhomöostase. Zusätzlich liefert diese Arbeit neue Einblicke in die Funktion von Mdm10 und des ERMES Komplexes durch die Demonstration, dass dieser Komplex an der mitochondrialen Ergosterinhomöostase teilnimmt.