title: Bridging the gap between selective autophagy and endoplasmic reticulum homeostasis
Creators: name: Stephani, Madlen
Publisher: name: :none
Year: 2021

description: Das endoplasmatische Retikulum (ER) ist ein komplexer Knotenpunkt für die Translation, Faltung und Sekretion von Proteinen. Die Degradation des ER durch selektive Autophagie (ER-Phagie) ist entscheidend für die ER-Homöostase in Eukaryoten. ER-Phagie-Rezeptoren assoziieren mit Proteinen der ATG8-Familie und spezifischen ER-Kompartimenten, um das Recycling von beschädigten oder unerwünschten ER-Teilen zu vermitteln. Gegenwärtig dominieren das Feld Studien, die die ER-Phagie durch Nährstoffmangel untersuchen, was die Entdeckung und das Verständnis des gesamten Spektrums der ER-Phagie-Wege und ihrer Verbindung mit anderen ER-Qualitätskontrollwegen einschränkt. Das Ziel meines Promotionsprojekts war die Identifikation und Charakterisierung eines neuartigen ER-Phagie-Rezeptors, der für die ER-Homöostase entscheidend ist. Mittels Affinitätsproteomik nach ER-Stress-Behandlungen identifizierte ich den löslichen ER-Phagie-Rezeptor C53 in Arabidopsis thaliana. Sowohl in Pflanzen- als auch in Säugetierzellen wird C53 während ER-Stress spezifisch zu den Autophagosomen rekrutiert. Darüber hinaus zeigte die biochemische und biophysikalische Charakterisierung der C53-ATG8-Interaktion, dass C53 mit ATG8 über ein neuartiges Peptid interagiert, welches wir als verschobenes/shuffled ATG8 Interaktions Motiv (sAIM) bezeichnet haben. Meine Studien über den Aktivierungsmechanismus von C53 haben gezeigt, dass C53 blockierte Ribosomen am ER erkennt. Weiterhin konnte ich durch biochemische Charakterisierung der C53-vermittelten Autophagie nachweisen, dass C53 einen Rezeptorkomplex mit der UFMylierungskaskade, einem Ubiquitin-ähnlichen posttranslationalen Modifikationssystem, an der ER-Membran bildet. Bei kotranslationalen Störungen dient der Ubiquitin-ähnliche Modifikator UFM1 als Autophagie Schalter, da er von C53 dissoziiert und dessen sAIM für die ATG8-Bindung freilegt, um den autophagen Fluss zu aktivieren. Auf diese Weise kann C53 als Autophagie-Rezeptor feststeckende naszierende Polypeptidketten recyceln, die sonst toxisch für die Zelle wären. Dementsprechend sind c53 mutierte Pflanzen- und Säugetierzellen sehr empfindlich gegenüber ER-Stress-Einwirkungen. Insgesamt zeigen meine Ergebnisse, dass C53 einen konservierten Qualitätskontrollmechanismus bildet, der die Lücke zwischen der ribosomen-assoziierten Qualitätskontrolle und der Autophagie am ER überbrückt.
description: The endoplasmic reticulum (ER) is a complex and diverse hub for protein translation, folding and secretion. Degradation of ER by selective autophagy (ER-phagy) is crucial for ER homeostasis in eukaryotes. ER-phagy receptors associate with ATG8 family proteins and specific ER compartments to mediate recycling of damaged or unwanted ER parts. Currently, nutrient starvation studies are dominating the field, limiting the discovery and understanding of the full spectrum of ER-phagy pathways and its connection with other ER-quality control pathways. The goal of my PhD projects was to identify and characterize novel ER-phagy receptors that are crucial for ER homeostasis. Using affinity proteomics following ER-stress treatments, I identified the soluble ER-phagy receptor C53 in Arabidopsis thaliana. In both plant and mammalian cells, C53 is recruited to the autophagosomes specifically during ER-stress. Moreover, biochemical and biophysical characterization of C53-ATG8 interaction showed that C53 interacts with ATG8 via a novel peptide that we named as the shuffled ATG8 interacting motif (sAIM). My studies on the activation mechanism of C53 have shown that C53 senses stalling of the ribosomes that are attached to the ER. Further biochemical characterization of the C53 mediated autophagy has revealed that it forms a receptor complex with the UFMylation cascade, a ubiquitin-like posttranslational modification system, on the ER-membrane. Upon co-translational disturbances, the ubiquitin like modifier UFM1 serves as an autophagic cue as it dissociates from C53, exposing the sAIM residues for ATG8 binding to activate autophagic flux. Thereby, C53 acts as an autophagy receptor to recycle stalled nascent chains, which otherwise would be toxic to the cell. Consistently, c53 mutant plant and mammalian cells are highly sensitive to ER-stress treatments. Altogether my findings reveal C53 as an ancient quality control mechanism that bridges the gap between ribosome associated quality control and autophagy at the ER.