Characterization of the functional role of the Cystein-rich with EGF-like domains (Creld) protein in mitochondrial quality control in <em>Drosophila melanogaster</em>

Abstract

Cystein-rich with EGF-like domains (Creld) proteins belong to a protein family conserved between species. The mammalian genome contains two Creld genes. Unraveling the function of mammalian Creld proteins has been tried before. It is thought that Creld1 is involved in heart development during embryogenesis and Creld2 is believed to be involved in ER stress response. The genome of Drosophila contains only one Creld gene, which simplifies the analysis of Creld function. Therefore, a Creld mutant was generated and in this project the phenotypes were analyzed in order to unravel the main function of the Creld protein in Drosophila. <br /> Creld mutant flies suffer from an overall energy deficit, which could be proven by determining the phosphorylation status of the overall energy sensor AMPK. The energy deficits are accompanied with an increased number of apoptotic cells in the brain and severe locomotor deficiencies. Additionally, the heart function of Creld mutant flies is disturbed. <br /> Mitochondria are known as the power house of the cell, as they account for the major cellular ATP production via oxidative phosphorylation. By analyzing mitochondrial abundance, morphology and function in Creld mutants, it could be shown that the overall function of mitochondria is reduced whereas mitochondrial mass and abundance is increased. The morphology of mitochondria was assessed and revealed an elongated form compared to wild type tissue. Together, these results could demonstrate a shift of mitochondrial dynamics towards increased fusion and decreased fission. <br /> The resulting dysfunction of mitochondria caused a disturbance in the overall cellular metabolism including altered lipid homeostasis. Taken together, this thesis could identify a novel role for the Creld protein in Drosophila by regulating mitochondrial maintenance and thereby controlling cellular energy and lipid metabolism.

<strong>Funktionale Charakterisierung des Cystein-rich with EGF like domains (Creld) Proteins in der mitochondrialen Qualitätskontrolle in Drosophila melanogaster</strong> <br /> Cystein-rich with EGF-like Domains (Creld) Proteine gehören zu einer zwischen Spezies konservierten Proteinfamilie. Das Säugergenom enthält zwei Creld Gene. Die Funktion der Creld Proteine im Säuger wurde zuvor in verschiedenen Studien untersucht. Es wird angenommen, dass Creld1 während der Embryogenese an der Herzentwicklung beteiligt ist und Creld2 vermutlich an der ER-Stressreaktion eine Rolle spielt. Das Genom der Taufliege Drosophila melanogaster enthält nur ein Creld Gen, welches die Analyse der Creld-Funktion vereinfacht. Daher wurde eine Creld Mutante generiert und die Phänotypen in diesem Projekt analysiert, um die Hauptfunktion des Creld Proteins in Drosophila zu entschlüsseln. <br /> Creld mutierte Fliegen leiden unter einem Energiedefizit, welches durch die Bestimmung des Phosphorylierungsstatus des Energiesensors AMPK nachgewiesen werden konnte. Die Energiedefizite gehen einher mit der erhöhten Anzahl apoptotischer Zellen im Gehirn und daraus resultierenden Lokomotordefiziten. Zusätzlich ist die Herzfunktion von Creld-mutierten Fliegen gestört. <br /> Mitochondrien sind als das Kraftwerk der Zelle bekannt, da sie für die Hauptproduktion von ATP durch oxidative Phosphorylierung verantwortlich sind. Es konnte gezeigt werden, dass die Funktion der Mitochondrien reduziert ist, während die mitochondriale Masse erhöht ist. Außerdem wurde eine veränderte Morphologie der Mitochondrien in verschiedenen Geweben der Creld Mutante gezeigt. Die elongierten Mitochondrien deuten auf eine Verschiebung der mitochondrialen Dynamik hin. Eingehende Untersuchungen konnten zeigen, dass die Spaltung der Mitochondrien in Creld Mutanten vermindert abläuft. <br /> Die daraus resultierende Dysfunktion der Mitochondrien verursachte eine Störung des gesamten Zellstoffwechsels. Es wird vermutet, dass Creld Mutanten aufgrund von mitochondrialer Dysfunktion für die ATP-Produktion auf Glykolyse angewiesen sind und eine Fehlregulation des Lipidstoffwechsels stattfindet. <br /> Zusammengefasst konnte diese Arbeit eine neue Rolle des Creld-Protein in Drosophila zeigen, und nachweisen, dass es den mitochondrialen Stoffwechsel reguliert und dadurch den zellulären Energie- und Fettstoffwechsel steuert.