Abstract Deleterious and intact mitochondrial DNA (mtDNA) mutations frequently co-exist (heteroplasmy). Such mutations likely survive and are inherited due to complementation via the intra-cellular mitochondrial network. Hence, we hypothesized that compromised mitochondrial fusion would hamper such complementation, thereby affecting heteroplasmy inheritance. To test this hypothesis, we assessed heteroplasmy levels in three Caenorhabditis elegans strains carrying different heteroplasmic mtDNA deletions (ΔmtDNA) in the background of mutant mitofusin. Firstly, these animals displayed severe embryonic lethality and developmental delay. Strikingly, these phenotypes were relieved during subsequent generations in association with complete ΔmtDNA removal. Moreover, the rates of deletion loss negatively correlated with the size of mtDNA deletions, suggesting that mitochondrial fusion is essential and sensitive to the nature of the heteroplasmic mtDNA mutations. While introducing the ΔmtDNA into a fzo-1 ; pdr-1 (PARKIN ortholog) double mutant, we observed skew in the mendelian distribution of progeny, in contrast to normal distribution in the ΔmtDNA; fzo-1 mutant, and severely reduced brood size. Notably, the ΔmtDNA was lost across generations in association with improved phenotypes. This underlines the importance of cross-talk between mitochondrial fusion and mitophagy in modulating the inheritance of mtDNA heteroplasmy. Finally, while investigating heteroplasmy patterns in three Charcot-Marie-Tooth disease type 2A pedigrees, which carry a mutated mitofusin 2, we found a single potentially deleterious heteroplasmic mutation, whose levels were selectively reduced in the patient versus healthy maternal relatives. Taken together our findings show that when mitochondrial fusion is compromised, deleterious heteroplasmic mutations cannot evade natural selection, while inherited from generation to generation.

Chimeric antigen receptor (CAR)-engineered T and NK cells can cause durable remission of B-cell malignancies; however, limited persistence restrains the full potential of these therapies in many patients. The FAS ligand (FAS-L)/FAS pathway governs naturally-occurring lymphocyte homeostasis, yet knowledge of which cells express FAS-L in patients and whether these sources compromise CAR persistence remains incomplete. Here, we constructed a single-cell atlas of diverse cancer types to identify cellular subsets expressing

Expression quantitative trait loci (eQTLs) are instrumental in genome-wide identification of regulatory elements, yet were overlooked in the mitochondrial DNA (mtDNA). By analyzing 5079 RNA-seq samples from 23 tissues we identified association of ancient mtDNA SNPs (haplogroups T2, L2, J2 and V) and recurrent SNPs (mtDNA positions 263, 750, 1438 and 10398) with tissue-dependent mtDNA gene-expression. Since the recurrent SNPs independently occurred in different mtDNA genetic backgrounds, they constitute the best candidates to be causal eQTLs. Secondly, the discovery of mtDNA eQTLs in both coding and non-coding mtDNA regions, propose the identification of novel mtDNA regulatory elements. Third, we identified association between low m1A 947 MT-RNR2 (16S) rRNA modification levels and altered mtDNA gene-expression in twelve tissues. Such association disappeared in skin which was exposed to sun, as compared to sun-unexposed skin from the same individuals, thus supporting the impact of UV on mtDNA gene expression. Taken together, our findings reveal that both mtDNA SNPs and mt-rRNA modification affect mtDNA gene expression in a tissue-dependent manner.

Abstract Mitochondrial gene expression is pivotal to cell metabolism. Nevertheless, it is unknown whether it diverges within a given cell type. Here, we analysed single-cell RNA-seq experiments from ∼4600 human pancreatic alpha and beta cells, as well as ∼900 mouse beta cells. Cluster analysis revealed two distinct human beta cells populations, which diverged by mitochondrial (mtDNA) and nuclear DNA (nDNA)-encoded oxidative phosphorylation (OXPHOS) gene expression in healthy and diabetic individuals, and in newborn but not in adult mice. Insulin gene expression was elevated in beta cells with higher mtDNA gene expression in humans and in young mice. Such human beta cell populations also diverged in mt-RNA mutational repertoire, and in their selective signature, thus implying the existence of two previously overlooked distinct and conserved beta cell populations. While applying our approach to alpha cells, two sub-populations of cells were identified which diverged in mtDNA gene expression, yet these cellular populations did not consistently diverge in nDNA OXPHOS genes expression, nor did they correlate with the expression of glucagon, the hallmark of alpha cells. Thus, pancreatic beta cells within an individual are divided into distinct groups with unique metabolic-mitochondrial signature.