Abstract Human autosomal recessive mutations in the Parkin gene are causal for Parkinson’s disease (PD). Parkin encodes a ubiquitin E3 ligase that functions together with the PD associated kinase, PINK1, in a mitochondrial quality control pathway. Structural studies reveal that Parkin exists in an inactive conformation mediated by multiple autoinhibitory domain interfaces. Here we have performed comprehensive mutational analysis of both human and rat Parkin to unbiasedly determine Parkin activating mutations across all major autoinhibitory interfaces. Out of 31 mutations tested, we identify 11 activating mutations clustered near the RING0:RING2 or REP:RING1 interfaces, which reduce the thermal stability of Parkin. Of these, we demonstrate that three mutations, V393D, A401D, and W403A located at the REP:RING1 interface were able to completely rescue a Parkin S65A mutant, defective in mitophagy, in cell-based studies. Overall our data extends previous analysis of Parkin activation mutants and suggests that small molecules that mimic REP:RING1 destabilisation offer therapeutic potential for PD patients harbouring select Parkin mutations. Summary blurb Parkin, an E3 ubiquitin ligase involved in Parkinson’s disease, is inactive in the basal state and is activated by PINK1 to mediate mitophagy. Here we characterized 31 mutations and discovered three that activate Parkin and rescue loss of PINK1 phosphorylation.

ABSTRACT Loss-of-function mutations in the genes encoding PINK1 and PRKN result in early-onset Parkinson disease (EOPD). Together the encoded enzymes direct a neuroprotective pathway that ensures the elimination of damaged mitochondria via autophagy. We performed a genome-wide high content imaging miRNA screen for inhibitors of the PINK1-PRKN pathway and identified all three members of the miRNA family 29 (miR-29). Using RNAseq we identified target genes and found that siRNA against ATG9A phenocopied the effects of miR-29 and inhibited the initiation of PINK1-PRKN mitophagy. Furthermore, we discovered two rare, potentially deleterious, missense variants (p.R631W and p.S828L) in our EOPD cohort and tested them experimentally in cells. While expression of wild-type ATG9A was able to rescue the effects of miR-29a, the EOPD-associated variants behaved like loss-of-function mutations. Together, our study validates miR-29 and its target gene ATG9A as novel regulators of mitophagy initiation. It further serves as proof-of-concept of finding novel, potentially disease-causing EOPD-linked variants specifically in mitophagy regulating genes. The nomination of genetic variants and biological pathways is important for the stratification and treatment of patients that suffer from devastating diseases, such as EOPD.

ABSTRACT Mutations in LRRK2 and PINK1 are associated with familial Parkinson’s disease (PD). LRRK2 phosphorylates Rab GTPases within the Switch II domain whilst PINK1 directly phosphorylates Parkin and ubiquitin and indirectly induces phosphorylation of a subset of Rab GTPases. Herein we have crossed LRRK2 [R1441C] mutant knock-in mice with PINK1 knock-out (KO) mice and report that loss of PINK1 does not impact endogenous LRRK2-mediated Rab phosphorylation nor do we see significant effect of mutant LRRK2 on PINK1-mediated Rab and ubiquitin phosphorylation. In addition, we observe that a pool of the Rab-specific, PPM1H phosphatase, is transcriptionally up-regulated and recruited to damaged mitochondria, independent of PINK1 or LRRK2 activity. Parallel signalling of LRRK2 and PINK1 pathways is supported by assessment of motor behavioural studies that show no evidence of genetic interaction in crossed mouse lines. Previously we showed loss of cilia in LRRK2 R1441C mice and herein we show that PINK1 KO mice exhibit a ciliogenesis defect in striatal cholinergic interneurons and astrocytes that interferes with Hedgehog induction of glial derived-neurotrophic factor (GDNF) transcription. This is not exacerbated in double mutant LRRK2 and PINK1 mice. Overall, our analysis indicates that LRRK2 activation and/or loss of PINK1 function along parallel pathways to impair ciliogenesis, suggesting a convergent mechanism towards PD. Our data suggests that reversal of defects downstream of ciliogenesis offers a common therapeutic strategy for LRRK2 or PINK1 PD patients whereas LRRK2 inhibitors that are currently in clinical trials are unlikely to benefit PINK1 PD patients.

SUMMARY Mitochondria are increasingly recognized as cellular hubs to orchestrate signaling pathways that regulate metabolism, redox homeostasis, and cell fate decisions. Recent research revealed a role of mitochondria also in innate immune signaling, however, the mechanisms of how mitochondria affect signal transduction are poorly understood. Here we show that the NF-ĸB pathway activated by TNF employs mitochondria as a platform for signal amplification and shuttling of activated NF-ĸB to the nucleus. TNF induces the recruitment of HOIP, the catalytic component of the linear ubiquitin chain assembly complex (LUBAC), and its substrate NEMO to the outer mitochondrial membrane, where M1- and K63-linked ubiquitin chains are generated. NF-ĸB is locally activated and transported to the nucleus by mitochondria, resulting in an increase in mitochondria-nucleus contact sites in a HOIP-dependent manner. Notably, TNF-induced stabilization of the mitochondrial kinase PINK1 contributes to signal amplification by antagonizing the M1-ubiquitin-specific deubiquitinase OTULIN.

ABSTRACT The selective removal of dysfunctional mitochondria, a process termed mitophagy, is critical for cellular health and impairments have been linked to aging, Parkinson disease, and other neurodegenerative conditions. A central mitophagy pathway is orchestrated by the ubiquitin (Ub) kinase PINK1 together with the E3 Ub ligase PRKN/Parkin. The decoration of damaged mitochondrial domains with phosphorylated Ub (p-S65-Ub) mediates their elimination though the autophagy system. As such p-S65-Ub has emerged as a highly specific and quantitative marker of mitochondrial damage with significant disease relevance. Existing p-S65-Ub antibodies have been successfully employed as research tools in a range of applications including western blot, immunocytochemistry, immunohistochemistry, and ELISA. However, physiological levels of p-S65-Ub in the absence of exogenous stress are very low, therefore difficult to detect and require reliable and ultrasensitive methods. Here we generated and characterized a collection of novel recombinant, rabbit monoclonal p-S65-Ub antibodies with high specificity and affinity in certain applications that allow the field to better understand the molecular mechanisms and disease relevance of PINK1-PRKN signaling. These antibodies may also serve as novel diagnostic or prognostic tools to monitor mitochondrial damage in various clinical and pathological specimens.

The selective removal of dysfunctional mitochondria, a process termed mitophagy, is critical for cellular health and impairments have been linked to aging, Parkinson disease, and other neurodegenerative conditions. A central mitophagy pathway is orchestrated by the ubiquitin (Ub) kinase PINK1 together with the E3 Ub ligase PRKN/Parkin. The decoration of damaged mitochondrial domains with phosphorylated Ub (p-S65-Ub) mediates their elimination though the autophagy system. As such p-S65-Ub has emerged as a highly specific and quantitative marker of mitochondrial damage with significant disease relevance. Existing p-S65-Ub antibodies have been successfully employed as research tools in a range of applications including western blot, immunocytochemistry, immunohistochemistry, and enzyme-linked immunosorbent assay. However, physiological levels of p-S65-Ub in the absence of exogenous stress are very low, therefore difficult to detect and require reliable and ultrasensitive methods. Here we generated and characterized a collection of novel recombinant, rabbit monoclonal p-S65-Ub antibodies with high specificity and affinity in certain applications that allow the field to better understand the molecular mechanisms and disease relevance of PINK1-PRKN signaling. These antibodies may also serve as novel diagnostic or prognostic tools to monitor mitochondrial damage in various clinical and pathological specimens.

During the humoral immune response, B cells undergo rapid metabolic reprogramming with a high demand for nutrients, which are vital to sustain the formation of the germinal centers (GCs). Rag-GTPases sense amino acid availability to modulate the mechanistic target of rapamycin complex 1 (mTORC1) pathway and suppress transcription factor EB (TFEB) and transcription factor enhancer 3 (TFE3), members of the microphthalmia (MiT/TFE) family of HLH-leucine zipper transcription factors. However, how Rag-GTPases coordinate amino acid sensing, mTORC1 activation, and TFEB/TFE3 activity in humoral immunity remains undefined. Here, we show that B cell-intrinsic Rag-GTPases are critical for the development and activation of B cells. RagA/RagB deficient B cells fail to form GCs, produce antibodies, and generate plasmablasts in both T-dependent (TD) and T-independent (TI) humoral immune responses. Deletion of RagA/RagB in GC B cells leads to abnormal dark zone (DZ) to light zone (LZ) ratio and reduced affinity maturation. Mechanistically, the Rag-GTPase complex constrains TFEB/TFE3 activity to prevent mitophagy dysregulation and maintain mitochondrial fitness in B cells, which are independent of canonical mTORC1 activation. TFEB/TFE3 deletion restores B cell development, GC formation in Peyer's patches and TI humoral immunity, but not TD humoral immunity in the absence of Rag-GTPases. Collectively, our data establish Rag-GTPase-TFEB/TFE3 pathway as an mTORC1 independent mechanism to coordinating nutrient sensing and mitochondrial metabolism in B cells.

The ubiquitin kinase-ligase pair PINK1-PRKN identifies and selectively marks damaged mitochondria for elimination via the autophagy-lysosome system (mitophagy). While this cytoprotective pathway has been extensively studied

ABSTRACT Background Alzheimer’s disease (AD) is characterized by the presence of neurofibrillary tangles made of hyperphosphorylated tau and senile plaques composed of beta-amyloid. These pathognomonic deposits have been implicated in the pathogenesis, although the molecular mechanisms and consequences remain undetermined. UFM1 is an important, but understudied ubiquitin-like protein that is covalently attached to substrates. This UFMylation has recently been identified as major modifier of tau aggregation upon seeding in experimental models. However, potential alterations of the UFM1 pathway in human AD brain have not been investigated yet. Methods Here we used frontal and temporal cortex samples from individuals with or without AD to measure the protein levels of the UFMylation pathway in human brain. We used multivariable regression analyses followed by Bonferroni correction for multiple testing to analyze associations of the UFMylation pathway with neuropathological characteristics, primary biochemical measurements of tau and additional biochemical markers from the same cases. We further studied associations of the UFMylation cascade with cellular stress pathways using Spearman correlations with bulk RNAseq expression data and functionally validated these interactions using gene-edited neurons that were generated by CRISPR-Cas9. Results Compared to controls, human AD brain had increased protein levels of UFM1. Our data further indicates that this increase mainly reflects conjugated UFM1 indicating hyperUFMylation in AD. UFMylation was strongly correlated with pathological tau in both AD-affected brain regions. In addition, we found that the levels of conjugated UFM1 were negatively correlated with soluble levels of the deUFMylation enzyme UFSP2. Functional analysis of UFM1 and/or UFSP2 knockout neurons revealed that the DNA damage response as well as the unfolded protein response are perturbed by changes in neuronal UFM1 signaling. Conclusions There are marked changes in the UFMylation pathway in human AD brain. These changes are significantly associated with pathological tau, supporting the idea that the UFMylation cascade might indeed act as a modifier of tau pathology in human brain. Our study further nominates UFSP2 as an attractive target to reduce the hyperUFMylation observed in AD brain but also underscores the critical need to identify risks and benefits of manipulating the UFMylation pathway as potential therapeutic avenue for AD.