Abstract Mitochondria play critical roles in cellular metabolism and to maintain their integrity, they are regulated by several quality control pathways, including mitophagy. During BNIP3/BNIP3L-dependent receptor-mediated mitophagy, mitochondria are selectively degraded by the direct recruitment of the autophagosome biogenesis protein LC3. BNIP3 and/or BNIP3L are upregulated situationally, for example during hypoxia and developmentally during erythrocyte maturation. However, it is not well understood how they are regulated at steady-state. Here, we find that the poorly characterized mitochondrial cristae morphology regulator TMEM11 unexpectedly localizes to the outer membrane where it forms a complex with BNIP3 and BNIP3L. Loss of TMEM11 causes mitochondrial morphology defects in a BNIP3/BNIP3L-dependent manner and, further, we find that mitophagy is hyper-active in the absence of TMEM11 during both normoxia and hypoxia. Our results reveal a non-canonical role for TMEM11 as a negative regulator of BNIP3/BNIP3L-mediated mitophagy and suggest that the TMEM11/BNIP3/BNIP3L complex coordinately regulates mitochondrial quality control.

PPTC7 is a mitochondrial-localized phosphatase that suppresses BNIP3- and NIX-mediated mitophagy, but the mechanisms underlying this regulation remain ill-defined. Here, we demonstrate that loss of PPTC7 upregulates BNIP3 and NIX post-transcriptionally and independent of HIF-1α stabilization. Loss of PPTC7 prolongs the half-life of BNIP3 and NIX while blunting their accumulation in response to proteasomal inhibition, suggesting that PPTC7 promotes the ubiquitin-mediated turnover of BNIP3 and NIX. Consistently, overexpression of PPTC7 limits the accumulation of BNIP3 and NIX protein levels, which requires an intact catalytic motif but is surprisingly independent of its targeting to mitochondria. Consistently, we find that PPTC7 is dual-localized to the outer mitochondrial membrane and the matrix. Importantly, anchoring PPTC7 to the outer mitochondrial membrane is sufficient to blunt BNIP3 and NIX accumulation, and proximity labeling and fluorescence co-localization experiments demonstrate that PPTC7 dynamically associates with BNIP3 and NIX within the native cellular environment. Collectively, these data reveal that a fraction of PPTC7 localizes to the outer mitochondrial membrane to promote the proteasomal turnover of BNIP3 and NIX, limiting basal mitophagy.

Abstract PPTC7 is a mitochondrial-localized PP2C phosphatase that maintains mitochondrial protein content and metabolic homeostasis. We previously demonstrated that knockout of Pptc7 elevates mitophagy in a BNIP3– and NIX-dependent manner, but the mechanisms by which PPTC7 influences receptor-mediated mitophagy remain ill-defined. Here, we demonstrate that loss of PPTC7 upregulates BNIP3 and NIX post-transcriptionally and independent of HIF-1α stabilization. On a molecular level, loss of PPTC7 prolongs the half-life of BNIP3 and NIX while blunting their accumulation in response to proteasomal inhibition, suggesting that PPTC7 promotes the ubiquitin-mediated turnover of BNIP3 and NIX. Consistently, overexpression of PPTC7 limits the accumulation of BNIP3 and NIX protein levels in response to pseudohypoxia, a well-known inducer of mitophagy. This PPTC7-mediated suppression of BNIP3 and NIX protein expression requires an intact PP2C catalytic motif but is surprisingly independent of its mitochondrial targeting, indicating that PPTC7 influences mitophagy outside of the mitochondrial matrix. We find that PPTC7 exists in at least two distinct states in cells: a longer isoform, which likely represents full length protein, and a shorter isoform, which likely represents an imported, matrix-localized phosphatase pool. Importantly, anchoring PPTC7 to the outer mitochondrial membrane is sufficient to blunt BNIP3 and NIX accumulation, and proximity labeling and fluorescence co-localization experiments suggest that PPTC7 associates with BNIP3 and NIX within the native cellular environment. Importantly, these associations are enhanced in cellular conditions that promote BNIP3 and NIX turnover, demonstrating that PPTC7 is dynamically recruited to BNIP3 and NIX to facilitate their degradation. Collectively, these data reveal that a fraction of PPTC7 dynamically localizes to the outer mitochondrial membrane to promote the proteasomal turnover of BNIP3 and NIX.

Mitochondrial cristae architecture is crucial for optimal respiratory function of the organelle. Cristae shape is maintained in part by the mitochondrial inner membrane-localized MICOS complex. While MICOS is required for normal cristae morphology, the precise mechanistic role of each of the seven human MICOS subunits, and how the complex coordinates with other cristae shaping factors, has not been fully determined. Here, we examine the MICOS complex in Schizosaccharomyces pombe, a minimal model whose genome only encodes for four core subunits. Using an unbiased proteomics approach, we identify a poorly characterized inner mitochondrial membrane protein that interacts with MICOS and is required to maintain cristae morphology, which we name Mmc1. We demonstrate that Mmc1 works in concert with MICOS complexes to promote normal mitochondrial morphology and respiratory function. Bioinformatic analyses reveal that Mmc1 is a distant relative of the Dynamin-Related Protein (DRP) family of GTPases, which are well established to shape and remodel membranes. We find that, like DRPs, Mmc1 self-associates and forms high molecular weight assemblies. Interestingly, however, Mmc1 is a pseudoenzyme that lacks key residues required for GTP binding and hydrolysis, suggesting it does not dynamically remodel membranes. These data are consistent with a model in which Mmc1 stabilizes cristae architecture by acting as a scaffold to support cristae ultrastructure on the matrix side of the inner membrane. Our study reveals a new class of proteins that evolved early in fungal phylogeny and is required for the maintenance of cristae architecture. This highlights the possibility that functionally analogous proteins work with MICOS to establish cristae morphology in metazoans.

Abstract The asymmetric distribution of phospholipids in membranes is a fundamental principle of cellular compartmentalization and organization. Phosphatidylethanolamine (PE), a nonbilayer phospholipid that contributes to organelle shape and function, is synthesized at several subcellular localizations via semi-redundant pathways. Previously, we demonstrated in the yeast Saccharomyces cerevisiae that the PE synthase Psd1, which primarily operates on the mitochondrial inner membrane, is additionally targeted to the endoplasmic reticulum (ER). While ER-localized Psd1 is required to support cellular growth in the absence of redundant pathways, its physiological function at the ER is unclear. We now demonstrate that ER-localized Psd1 sub-localizes on the ER to lipid droplet (LD) attachment sites and further show it is specifically required for normal LD formation. We also find that the role of PSD enzymes in LD formation is conserved in other organisms. Thus, we have identified PSD enzymes as novel regulators of LDs and demonstrate that both mitochondria and LDs in yeast are organized and shaped by the spatial positioning of a single PE synthesis enzyme.