Abstract The formation of protein aggregates is a hallmark of neurodegenerative diseases. Observations on patient material and model systems demonstrated links between aggregate formation and declining mitochondrial functionality, but the causalities remained unclear. We used yeast as model system to analyze the relevance of mitochondrial processes for the behavior of an aggregation-prone polyQ protein derived from human huntingtin. Induction of Q97-GFP rapidly leads to insoluble cytosolic aggregates and cell death. Although this aggregation impairs mitochondrial respiration only slightly, it interferes with efficient import of mitochondrial precursor proteins. Mutants in the import component Mia40 are hypersensitive to Q97-GFP. Even more surprisingly, Mia40 overexpression strongly suppresses the formation of toxic Q97-GFP aggregates both in yeast and in human cells. Based on these observations, we propose that the posttranslational import into mitochondria competes with aggregation-prone cytosolic proteins for chaperones and proteasome capacity. Owing to its rate-limiting role for mitochondrial protein import, Mia40 acts as a regulatory component in this competition. This role of Mia40 as dynamic regulator in mitochondrial biogenesis can apparently be exploited to stabilize cytosolic proteostasis. (174/175 words)

ABSTRACT NEMO is a ubiquitin-binding protein which regulates canonical NF-κB pathway activation in innate immune signaling, cell death regulation and host-pathogen interactions. Here we identified an NF-κB-independent function of NEMO in proteostasis regulation by promoting autophagosomal clearance of protein aggregates. NEMO-deficient cells accumulate misfolded proteins upon proteotoxic stress and are vulnerable to proteostasis challenges. Moreover, a patient with a mutation in the NEMO gene resulting in defective binding of NEMO to linear ubiquitin chains, developed a widespread mixed brain proteinopathy, including α-synuclein, tau and TDP-43 pathology. NEMO amplifies linear ubiquitylation at α-synuclein aggregates and promotes the local concentration of p62 into foci. In vitro, NEMO lowers the threshold concentrations required for ubiquitin-dependent phase transition of p62. In summary, NEMO reshapes the aggregate surface for efficient autophagosomal clearance by providing a mobile phase at the aggregate interphase favoring co-condensation with p62.