Abstract K-Ras mutations represent a most prevalent oncogenic alteration in human cancers. Despite of tremendous efforts, it remains a big challenge to develop inhibitors that can target the oncogenic K-Ras mutants, especially mutants without specific active or charged side chains such as K-Ras G12V . Here, taking advantage of our previous finding that Nedd4-1 is a bona fide E3 ubiquitin ligase for wild-type Ras proteins, we developed a compound XMU-MP-9 that can promote ubiquitination and degradation of various K-Ras mutants including K-Ras G12V , and significantly inhibit proliferation and tumor development of K-Ras mutant harboring cells. Mechanistically, XMU-MP-9 acts as a molecular glue to bind both the C2 domain of Nedd4-1 and an allosteric site of K-Ras to enhance Nedd4-1 and K-Ras interaction. Hence, our study presents a robust strategy to develop small-molecule degrader of K-Ras mutants, and also sheds light on the development of small-molecule degraders for H-Ras and N-Ras mutants.

The shift of carbon utilisation from glucose to other nutrients is a fundamental metabolic adaptation to cope with the decreased glucose oxidation during fasting or starvation 1 . AMP-activated protein kinase (AMPK) plays crucial roles in manifesting physiological benefits accompanying glucose starvation or calorie restriction 2 . However, the underlying mechanisms are unclear. Here, we show that low glucose-induced activation of AMPK plays a decisive role in the shift of carbon utilisation from glucose to glutamine. We demonstrate that endoplasmic reticulum (ER)-localised PDZD8, which we identify to be a new substrate of AMPK, is required for the glucose starvation-promoted glutaminolysis. AMPK phosphorylates PDZD8 at threonine 527 (T527), and promotes it to interact with and activate the mitochondrial glutaminase 1 (GLS1), a rate-limiting enzyme of glutaminolysis 3–5 , and as a result the ER-mitochondria contact is strengthened. In vivo, PDZD8 enhances glutaminolysis, and triggers mitohormesis that is required for extension of lifespan and healthspan in Caenorhabditis elegans subjected to glucose starvation or caloric restriction. Muscle-specific re-introduction of wildtype PDZD8, but not the AMPK-unphosphorylable PDZD8-T527A mutant, to PDZD8 −/− mice is able to rescue the increase of glutaminolysis, and the rejuvenating effects of caloric restriction in aged mice, including grip strength and running capacity. Together, these findings reveal an AMPK-PDZD8-GLS1 axis that promotes glutaminolysis and executes the anti-ageing effects of calorie restriction by promoting inter-organelle crosstalk between ER and mitochondria.

Lithocholic acid (LCA), accumulated in the body during calorie restriction (CR), can confer administered metazoans with the ability to activate AMP-activated protein kinase (AMPK) and retard ageing. However, how LCA is signalled to activate AMPK and elicit the biological effects is unclear. Here, we show that LCA can enhance sirtuins (SIRTs) to deacetylate and subsequently inhibit vacuolar H+-ATPase (v-ATPase), thereby triggering AMPK activation via the lysosomal glucose-sensing pathway. Through proteomic analysis of SIRT1-coimmunoprecipitated proteins, we identify and validate that TUB like protein 3 (TULP3) is a constitutive component of SIRTs. Surprisingly, we found that TULP3 is an LCA receptor, and that the LCA-bound TULP3 activates SIRTs. The activated SIRTs in turn deacetylate the V1E1 subunit of v-ATPase on K52, K99 and K191 residues. Muscle-specific expression of the 3KR mutant of V1E1, mimicking the deacetylated state, dominantly activates AMPK and rejuvenates muscles in aged mice. Moreover, LCA once administered also activates AMPK and extends lifespan and healthspan in nematodes and flies, depending on the TULP3 homologues tub-1 and ktub, respectively. Our study thus elucidates that LCA triggers the TULP3-sirtuin-v-ATPase- AMPK route to manifest benefits of calorie restriction.