Abstract Metabolism is highly interconnected and also has profound effects on other cellular processes. However, the interactions between metabolites and proteins that mediate this connectivity are frequently low affinity and difficult to discover, hampering our understanding of this important area of cellular biochemistry. Therefore, we developed the MIDAS platform, which can identify protein-metabolite interactions with great sensitivity. We analyzed 33 enzymes from central carbon metabolism and identified 830 protein-metabolite interactions that were mostly novel, but also included known regulators, substrates, products and their analogs. We validated previously unknown interactions, including two atomic-resolution structures of novel protein-metabolite complexes. We also found that both ATP and long-chain fatty acyl-CoAs inhibit lactate dehydrogenase A (LDHA), but not LDHB, at physiological concentrations in vitro . Treating cells with long-chain fatty acids caused a loss of pyruvate/lactate interconversion, but only in cells reliant on LDHA. We propose that these regulatory mechanisms are part of the metabolic connectivity that enables survival in an ever-changing nutrient environment, and that MIDAS enables a broader and deeper understanding of that network.

During homeostasis, the endoplasmic reticulum (ER) maintains productive transmembrane and secretory protein folding that is vital for proper cellular function. The ER-resident HSP70 chaperone, BiP, plays a pivotal role in sensing ER stress to activate the unfolded protein response (UPR). BiP function is regulated by the bifunctional enzyme FicD that mediates AMPylation and deAMPylation of BiP in response to changes in ER stress. AMPylated BiP acts as a molecular rheostat to regulate UPR signaling, yet little is known about the molecular consequences of FicD loss. In this study, we investigate the role of FicD in mouse embryonic fibroblast (MEF) response to pharmacologically and metabolically induced ER stress. We find differential BiP AMPylation signatures when comparing robust chemical ER stress inducers to physiological glucose starvation stress and recovery. Wildtype MEFs respond to pharmacological ER stress by downregulating BiP AMPylation. Conversely, BiP AMPylation in wildtype MEFs increases upon metabolic stress induced by glucose starvation. Deletion of FicD results in widespread gene expression changes under baseline growth conditions. In addition, FicD null MEFs exhibit dampened UPR signaling, altered cell stress recovery response, and unconstrained protein secretion. Taken together, our findings indicate that FicD is important for tampering UPR signaling, stress recovery, and the maintenance of secretory protein homeostasis.