Abstract PTEN-induced kinase 1 (PINK1) is a very short-lived protein that is required for the removal of damaged mitochondria through Parkin translocation and mitophagy. Because the short half-life of PINK1 limits its ability to be trafficked into neurites, local translation is required for this mitophagy pathway to be active far from the soma. The Pink1 transcript is associated with and cotransported with neuronal mitochondria. In concert with translation, the mitochondrial outer membrane protein Synaptojanin 2 binding protein (SYNJ2BP) and Synaptojanin 2 (SYNJ2) are required for tethering Pink1 mRNA to mitochondria via an RNA-binding domain in SYNJ2. This neuron-specific adaptation for local translation of PINK1 provides distal mitochondria with a continuous supply of PINK1 for activation of mitophagy.

Mitochondrial quality control failure is frequently observed in neurodegenerative diseases. The detection of damaged mitochondria by stabilization of PTEN-induced kinase 1 (PINK1) requires transport of Pink1 messenger RNA (mRNA) by tethering it to the mitochondrial surface. Here, we report that inhibition of AMP-activated protein kinase (AMPK) by activation of the insulin signalling cascade prevents Pink1 mRNA binding to mitochondria. Mechanistically, AMPK phosphorylates the RNA anchor complex subunit SYNJ2BP within its PDZ domain, a phosphorylation site that is necessary for its interaction with the RNA-binding protein SYNJ2. Notably, loss of mitochondrial Pink1 mRNA association upon insulin addition is required for PINK1 protein activation and its function as a ubiquitin kinase in the mitophagy pathway, thus placing PINK1 function under metabolic control. Induction of insulin resistance in vitro by the key genetic Alzheimer risk factor apolipoprotein E4 retains Pink1 mRNA at the mitochondria and prevents proper PINK1 activity, especially in neurites. Our results thus identify a metabolic switch controlling Pink1 mRNA localization and PINK1 activity via insulin and AMPK signalling in neurons and propose a mechanistic connection between insulin resistance and mitochondrial dysfunction.

Abstract Mitochondrial quality control failure is frequently observed in neurodegenerative diseases. The detection of damaged mitochondria by stabilization of PTEN-induced kinase 1 (PINK1) requires transport of Pink1 mRNA by tethering it to the mitochondrial surface. Here, we report that inhibition of AMPK by activation of the insulin signaling cascade prevents Pink1 mRNA binding to mitochondria. Mechanistically, AMPK phosphorylates the RNA anchor complex subunit SYNJ2BP within its PDZ domain, a phosphorylation site that is necessary for its interaction with the RNA-binding protein SYNJ2. Interestingly, loss of mitochondrial Pink1 mRNA association upon insulin addition is required for PINK1 protein activation and its function as a ubiquitin kinase in the mitophagy pathway, thus placing PINK1 function under metabolic control. Induction of insulin-resistance in vitro by the key genetic Alzheimer-risk factor apolipoprotein E4 retains Pink1 mRNA at the mitochondria and prevents proper PINK1 activity especially in neurites. Our results thus identify a metabolic switch controlling Pink1 mRNA localization and PINK1 activity via insulin and AMPK signaling in neurons and propose a mechanistic connection between insulin resistance and mitochondrial dysfunction.

A central role in mitochondrial quality control is played by the Parkinson-related mitochondrial kinase PINK1, whose mRNA is transported in neurons by mitochondrial hitchhiking. Using a live-cell imaging assay for the translation of the PINK1 precursor, we show that local translation of PINK1 requires a concerted interplay between mitochondria and the ER in neurons. For efficient translation, the Pink1 mRNA needs to relocate to ribosomes located near endolysosomes and the ER. The ER membrane-tethered chaperone DNAJB6 then shields the PINK1 precursor on transit to mitochondria following the ER-SURF pathway. Loss of DNAJB6 hence leads to persistence of ER/endolysosome-associated PINK1 precursor stores and failure of mitophagy upon mitochondrial damage.