WebTreatment of lipopolysaccharide-activated macrophages with the cell-permeable itaconate derivative 4-octyl itaconate activates the anti-inflammatory transcription factor Nrf2 by alkylating key cysteine residues on the KEAP1 protein. Macrophages are white blood cells that recognize and destroy invading bacterial pathogens, and later tone down inflammation to enable tissue repair. The endogenous metabolite itaconate inhibits a number of inflammatory cytokines during macrophage activation. Luke O'Neill and colleagues investigate the mechanism underlying this process. Treatment of lipopolysaccharide (LPS)-activated macrophages with the cell-permeable itaconate derivative 4-octyl itaconate activates the anti-oxidant and anti-inflammatory transcription factor Nrf2. This activation occurs via alkylation of key cysteine residues on the KEAP1 protein, which blocks KEAP1-dependent proteolysis of Nrf2. Pre-treating mouse models of LPS with the itaconate derivative activates Nrf2 and prolongs the survival of the animals after a lethal dose of LPS. The authors suggest that itaconate derivatives may prove useful in the treatment of inflammatory diseases. The endogenous metabolite itaconate has recently emerged as a regulator of macrophage function, but its precise mechanism of action remains poorly understood1,2,3. Here we show that itaconate is required for the activation of the anti-inflammatory transcription factor Nrf2 (also known as NFE2L2) by lipopolysaccharide in mouse and human macrophages. We find that itaconate directly modifies proteins via alkylation of cysteine residues. Itaconate alkylates cysteine residues 151, 257, 288, 273 and 297 on the protein KEAP1, enabling Nrf2 to increase the expression of downstream genes with anti-oxidant and anti-inflammatory capacities. The activation of Nrf2 is required for the anti-inflammatory action of itaconate. We describe the use of a new cell-permeable itaconate derivative, 4-octyl itaconate, which is protective against lipopolysaccharide-induced lethality in vivo and decreases cytokine production. We show that type I interferons boost the expression of Irg1 (also known as Acod1) and itaconate production. Furthermore, we find that itaconate production limits the type I interferon response, indicating a negative feedback loop that involves interferons and itaconate. Our findings demonstrate that itaconate is a crucial anti-inflammatory metabolite that acts via Nrf2 to limit inflammation and modulate type I interferons.

Letting Pyruvate In Transport of pyruvate is an important event in metabolism whereby the pyruvate formed in glycolysis is transported into mitochondria to feed into the tricarboxylic acid cycle (see the Perspective by Murphy and Divakaruni ). Two groups have now identified proteins that are components of the mitochondrial pyruvate transporter. Bricker et al. (p. 96 , published online 24 May) found that the proteins mitochondrial pyruvate carrier 1 and 2 (MPC1 and MPC2) are required for full pyruvate transport in yeast and Drosophila cells and that humans with mutations in MPC1 have metabolic defects consistent with loss of the transporter. Herzig et al. (p. 93 , published online 24 May) identified the same proteins as components of the carrier in yeast. Furthermore, expression of the mouse proteins in bacteria conferred increased transport of pyruvate into bacterial cells.

Substrates of most transport proteins have not been identified, limiting our understanding of their role in physiology and disease. Traditional identification methods use transport assays with radioactive compounds, but they are technically challenging and many compounds are unavailable in radioactive form or are prohibitively expensive, precluding large-scale trials. Here, we present a high-throughput screening method that can identify candidate substrates from libraries of unlabeled compounds. The assay is based on the principle that transport proteins recognize substrates through specific interactions, which lead to enhanced stabilization of the transporter population in thermostability shift assays. Representatives of three different transporter (super)families were tested, which differ in structure as well as transport and ion coupling mechanisms. In each case, the substrates were identified correctly from a large set of chemically related compounds, including stereo-isoforms. In some cases, stabilization by substrate binding was enhanced further by ions, providing testable hypotheses on energy coupling mechanisms.

Hereby, we wish to note our objections to a paper called Substrate-modulated ADP/ATP-transporter dynamics revealed by NMR relaxation dispersion by Brüschweiler et al., published in NSMB in 2015. The subject is the yeast mitochondrial ADP/ATP carrier AAC3, which we have studied in great detail ourselves. In particular, we have solved its structure by electron and x-ray crystallography and have studied its interactions with the specific inhibitors atractyloside (ATR) and carboxyatractyloside (CATR) by single-molecule force spectroscopy. In this paper, the authors claim that AAC3 can be refolded to homogeneity from inclusion bodies produced in Escherichia coli by using the detergent dodecyl-phosphocholine (DPC), better known as Foscholine-12 (Anatrace), and that AAC3 is maintained in a folded and active state for the duration of isothermal titration calorimetry (ITC) and NMR experiments. However, in our hands the presence of DPC leads to immediate loss of tertiary structure and inactivation of AAC3 when isolated from the inner membrane of mitochondria, where it was folded and active as shown by functional complementation.

Abstract Members of the SLC25 mitochondrial carrier family link cytosolic and mitochondrial metabolism and support cellular maintenance and growth by transporting compounds across the mitochondrial inner membrane. Their monomeric or dimeric state and kinetic mechanism have been a matter of long-standing debate. It is believed by some that they exist as homodimers and transport substrates with a sequential kinetic mechanism, forming a ternary complex where both exchanged substrates are bound simultaneously. Some studies, in contrast, have provided evidence indicating that the mitochondrial ADP/ATP carrier (SLC25A4) functions as a monomer, has a single substrate binding site, and operates with a ping-pong kinetic mechanism, whereby ADP is imported before ATP is exported. Here we reanalyze the oligomeric state and kinetic properties of the human mitochondrial citrate carrier (SLC25A1), dicarboxylate carrier (SLC25A10), oxoglutarate carrier (SLC25A11), and aspartate/glutamate carrier (SLC25A13), all previously reported to be dimers with a sequential kinetic mechanism. We demonstrate that they are monomers, except for dimeric SLC25A13, and operate with a ping-pong kinetic mechanism in which the substrate import and export steps occur consecutively. These observations are consistent with a common transport mechanism, based on a functional monomer, in which a single central substrate-binding site is alternately accessible.

In mitochondria, beta-barrel outer membrane proteins mediate protein import, metabolite transport, lipid transport, and biogenesis. The Sorting and Assembly Machinery (SAM) complex consists of three proteins that assemble as a 1:1:1 complex to fold beta-barrel proteins and insert them into the mitochondrial outer membrane. We report cryoEM structures of the SAM complex from Myceliophthora thermophila, which show that Sam50 forms a 16-stranded transmembrane beta-barrel with a single polypeptide-transport-associated (POTRA) domain extending into the intermembrane space. Sam35 and Sam37 are located on the cytosolic side of the outer membrane, with Sam35 capping Sam50, and Sam37 interacting extensively with Sam35. Sam35 and Sam37 each adopt a GST-like fold, with no functional, structural, or sequence similarity to their bacterial counterparts. Structural analysis shows how the Sam50 beta-barrel opens a lateral gate to accommodate its substrates. The SAM complex structure suggests how it interacts with other mitochondrial outer membrane proteins to create supercomplexes.### Competing Interest StatementThe authors have declared no competing interest.

Abstract Uncoupling protein 1 (UCP1) catalyzes mitochondrial proton leak in brown adipose tissue for heat production, and may combat metabolic disease if activated in humans. During the adrenergic stimulation of brown adipocytes, free fatty acids generated from lipolysis activate UCP1 via an unclear interaction. Here, we have utilized membrane protein thermostability shift analysis to characterize the interaction of activating molecules with purified UCP1. We reveal that activators influence the protein through a specific destabilizing interaction, behaving as transport substrates that shift UCP1 to a less stable conformation of a transport cycle. Through the detection of specific stability shifts in screens, we identify novel activators, including the drug ibuprofen, where ligand analysis indicates a relatively wide structural specificity for interacting molecules. Ibuprofen induces UCP1 activity in liposomes and isolated brown fat mitochondria, but not in cultured brown adipocytes. Though the drug does induce activity in UCP1-expressing HEK293 cells, demonstrating that the targeting of UCP1 in cells by approved drugs is in principle achievable as a therapeutic avenue, but requires variants with more effective delivery in brown adipocytes.