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Topology and biological function of yeast lipid biosynthetic enzymes

English title Topology and biological function of yeast lipid biosynthetic enzymes
Applicant Conzelmann Andreas
Number 146148
Funding scheme Project funding (Div. I-III)
Research institution Division de Biochimie Département de Biologie Université de Fribourg
Institution of higher education University of Fribourg - FR
Main discipline Biochemistry
Start/End 01.09.2013 - 31.08.2016
Approved amount 784'120.00
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Keywords (7)

Membrane biosynthesis; Orientation de site actif; Analyse structurelle; Acyltransférase; Dérivatisation chimique; Spectrometrie de masse; Marquage isotopique

Lay Summary (French)

Lead
Toute cellule humaine contient le réticulum endoplasmique (RE), organelle intracellulaire entourée complètement par une membrane. Dans la membrane du RE se trouvent les enzymes produisant des lipides qui spontanément forment la bicouche lipidique, base structurelle pour toutes les membranes entourant les nombreux compartiments intracellulaires, auxquels le RE fournit les lipides. Nous voulons déterminer l’orientation membranaire des sites actifs des enzymes qui forment ces lipides membranaires.
Lay summary

Contenu et objectifs du travail de recherche

Nous aimerions analyser la structure des enzymes du RE permettant la biosynthèse des lipides membranaires. Ces protéines présentent normalement une partie hydrophile des deux côtés de la membrane et un anneau lipophile qui est en contacte avec la bicouche lipidique de la membrane. La grande proportion d'acides aminés hydrophobes dans ces protéines rend difficile leur analyse par la cristallographie, très appropriée pour l'analyse structurale de protéines non-membranaires. Les acides aminés hydrophiles conservés (identiques dans les protéines correspondants de plusieurs espèces) sont d’un intérêt particulier, car elles forment souvent le site actif, l’endroit ou les substrats se lient et la réaction biosynthétique a lieu. Nous essayons de déterminer l’orientation de ces acides aminés conservées afin de comprendre de quel côté de la membrane la réaction biosynthétique a lieu. A cette fin nous voulons isoler des membranes du ER (et d’autres compartiments) et faire réagir les acides aminés des parties hydrophiles des enzymes avec des agents chimiques spécifiques ajoutés d’un côté de la membrane uniquement et incapables de pénétrer la membrane. Le résultat est évalué par la spectrométrie de masse faite en collaboration avec des centres qui maîtrisent et pratiquent cette technique.

Contexte scientifique et social du projet de recherche

Ce travail devrait générer une base de donnée qui attribue aux séquences hydrophiles des protéines membranaires une localisation soit d’un ou de l’autre côté de la membrane et qui, en ce qui concerne les enzymes, prédit de quel côté la réaction a lieu. Ceci pourra aussi nous conduire à postuler l’existence de transporteurs potentiels qui seraient requis pour transporter les substrats ou produits d’un côté de la membrane à l’autre. 


Direct link to Lay Summary Last update: 28.03.2013

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Publications

Publication
Chemical crosslinking and mass spectrometry to elucidate the topology of integral membrane proteins
Debelyy Mykhaylo O., Waridel Patrice, Quadroni Manfredo, Schneiter Roger, Conzelmann Andreas (2017), Chemical crosslinking and mass spectrometry to elucidate the topology of integral membrane proteins, in PLOS ONE, 12(10), e0186840-e0186840.
Chemogenetic E-MAP in Saccharomyces cerevisiae for Identification of Membrane Transporters Operating Lipid Flip Flop.
Vazquez Hector M (2016), Chemogenetic E-MAP in Saccharomyces cerevisiae for Identification of Membrane Transporters Operating Lipid Flip Flop., in PLoS Genet. , 1006160.
Functions of Ceramide Synthase Paralogs YPR114w and YJR116w of Saccharomyces cerevisiae.
Mallela kumar Shamroop (2016), Functions of Ceramide Synthase Paralogs YPR114w and YJR116w of Saccharomyces cerevisiae., in PLoS One, e0145831.
Structural characterization of suppressor lipids by high-resolution mass spectrometry
Rovillos MJ (2016), Structural characterization of suppressor lipids by high-resolution mass spectrometry, in Rapid Commun Mass Spectrom, 2215.
Enzyme-coupled assays for flip-flop of acyl-Coenzyme A in liposomes.
Bavdek Andrej (2015), Enzyme-coupled assays for flip-flop of acyl-Coenzyme A in liposomes., in Biochim Biophys Acta, 2960.
Saccharomyces cerevisiae Is Dependent on Vesicular Traffic between the Golgi Apparatus and the Vacuole When Inositolphosphorylceramide Synthase Aur1 Is Inactivated.
Voynova Natalia S (2015), Saccharomyces cerevisiae Is Dependent on Vesicular Traffic between the Golgi Apparatus and the Vacuole When Inositolphosphorylceramide Synthase Aur1 Is Inactivated., in Eukaryot Cell, 1203.
The active site of yeast phosphatidylinositol synthase Pis1 is facing the cytosol.
Bochud Arlette (2015), The active site of yeast phosphatidylinositol synthase Pis1 is facing the cytosol., in Biochim Biophys Acta, 629.
Cdc1 removes the ethanolamine phosphate of the first mannose of GPI anchors and thereby facilitates the integration of GPI proteins into the yeast cell wall.
Vazquez Hector M (2014), Cdc1 removes the ethanolamine phosphate of the first mannose of GPI anchors and thereby facilitates the integration of GPI proteins into the yeast cell wall., in Mol Biol Cell, 3375.
Characterization of yeast mutants lacking alkaline ceramidases YPC1 and YDC1.
Voynova Natalia S (2014), Characterization of yeast mutants lacking alkaline ceramidases YPC1 and YDC1., in FEMS Yeast Res. , 776.
Adaptation of low-resolution methods for the study of yeast microsomal polytopic membrane proteins: a methodological review.
Bochud Arlette, Ramachandra Nagaraju, Conzelmann Andreas (2013), Adaptation of low-resolution methods for the study of yeast microsomal polytopic membrane proteins: a methodological review., in Biochem Soc Trans. , 35.
Membrane topology of yeast alkaline ceramidase YPC1.
Ramachandra Nagaraju, Conzelmann Andreas (2013), Membrane topology of yeast alkaline ceramidase YPC1., in Biochem J., 585.

Collaboration

Group / person Country
Types of collaboration
Dr. Christer Ejsing, University of Southern Denmark, Odense Denmark (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Research Infrastructure
- Exchange of personnel
Dr. Manfredo Quadroni, Protein Analysis Facility, Center for Integrative Genomics, Faculty of Biolog Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Research Infrastructure
Dr. Joost Holthuis, University of Osnabrück Germany (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
150827 High resolution, high sensitivity tandem mass spectrometry for proteomics in a core facility 01.01.2014 R'EQUIP
125232 Membrane topology of lipid synthesis, transport, and turnover and their role in the physiology of starvation and aging 01.08.2009 Sinergia
131078 Biosynthesis, remodeling and intracellular transport of GPI proteins and sphingolipids in yeast 01.04.2010 Project funding (Div. I-III)

Abstract

The proposed experiments aim at a better understanding of the regulation of cell growth and ER maintenance through lipid biosynthetic enzymes. The Endoplasmic reticulum (ER) is a very large intracellular organelle devoted mainly to the biosynthesis of membrane and soluble proteins as well as of lipids for the secretory organelles and the extracellular compartment. A major effort will be made to locate the catalytic sites of several enzymes involved in glycerophospholipid-, triacylglycerol-sphingolipid and GPI anchor biosynthesis to the cytosol or ER lumen. For enzymes using cytosolically made substrates and having the catalytic site in the ER we need to understand how these substrates are transported across the ER membrane.
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