Mitophagy, which is a conserved cellular process for selectively removing damaged or unwanted mitochondria, is critical for mitochondrial quality control and the maintenance of normal cellular physiology. However, the precise mechanisms underlying mitophagy remain largely unknown. Prior studies on mitophagy focused on the events in the mitochondrial outer membrane. PHB2 (prohibitin 2), which is a highly conserved membrane scaffold protein, was recently identified as a novel inner membrane mitophagy receptor that mediates mitophagy. Here, we report a new signaling pathway for PHB2-mediated mitophagy. Upon mitochondrial membrane depolarization or misfolded protein aggregation, PHB2 depletion destabilizes PINK1 in the mitochondria, which blocks the mitochondrial recruitment of PRKN/Parkin, ubiquitin and OPTN (optineurin), leading to an inhibition of mitophagy. In addition, PHB2 overexpression directly induces PRKN recruitment to the mitochondria. Moreover, PHB2-mediated mitophagy is dependent on the mitochondrial inner membrane protease PARL, which interacts with PHB2 and is activated upon PHB2 depletion. Furthermore, PGAM5, which is processed by PARL, participates in PHB2-mediated PINK1 stabilization. Finally, a ligand of PHB proteins that we synthesized, called FL3, was found to strongly inhibit PHB2-mediated mitophagy and to effectively block cancer cell growth and energy production at nanomolar concentrations. Thus, our findings reveal that the PHB2-PARL-PGAM5-PINK1 axis is a novel pathway of PHB2-mediated mitophagy and that targeting PHB2 with the chemical compound FL3 is a promising strategy for cancer therapy.Abbreviations AIFM1: apoptosis inducing factor mitochondria associated 1; ATP5F1A/ATP5A1: ATP synthase F1 subunit alpha; BAF: bafilomycin A1; CALCOCO2/NDP52: calcium binding and coiled-coil domain 2; CCCP: chemical reagent carbonyl cyanide m-chlorophenyl hydrazine; FL3: flavaglines compound 3; HSPD1/HSP60: heat shock protein family D (Hsp60) member 1; LC3B/MAP1LC3B: microtubule associated protein 1 light chain 3 beta; MEF: mouse embryo fibroblasts; MPP: mitochondrial-processing peptidase; MT-CO2/COX2: mitochondrially encoded cytochrome c oxidase II; MTS: mitochondrial targeting sequence; OA: oligomycin and antimycin A; OPTN: optineurin; OTC: ornithine carbamoyltransferase; PARL: presenilin associated rhomboid like; PBS: phosphate-buffered saline; PGAM5: PGAM family member 5, mitochondrial serine/threonine protein phosphatase; PHB: prohibitin; PHB2: prohibitin 2; PINK1: PTEN induced kinase 1; PRKN/Parkin: parkin RBR E3 ubiquitin protein ligase; Roc-A: rocaglamide A; TOMM20: translocase of outer mitochondrial membrane 20; TUBB: tubulin beta class I.

Abstract Protein quality control is pivotal to cellular homeostasis and integrity of cardiomyocytes for maintenance of normal heart function. The unfolded protein response (UPR) is an adaptive process to modulate protein quality control in the endoplasmic reticulum (ER) and mitochondria, and is accordingly termed UPR ER and UPR mt , respectively. Lon protease (LonP1) is a highly conserved mitochondrial protease to modulate UPR mt , which is involved in regulating metabolism, mitophagy, and stress response. However, whether LonP1 regulates UPR ER remains elusive. To investigate the regulation of protein quality control in cardiomyocytes, we generated cardiac-specific LonP1 deletion mice. Our findings show that LonP1 deficiency caused impaired mitochondrial respiratory function and fragmentation. Surprisingly, both UPR ER and UPR mt is substantially induced in LonP1-deletion heart suggesting of LonP1 as a novel regulator of UPR ER ; however, the activation of UPR ER occurs earlier than UPR mt in response to LonP1 deletion. Consequently, cardiac-specific LonP1 deficiency causes aberrant metabolic reprogramming of cardiomyocytes, pathological heart remodeling, as well as impeded heart function. Thus, we uncovered the novel function of LonP1 as an UPR mt mediator, and reciprocal orchestration of UPR mt and UPR ER and mitochondrial dynamics regulated by LonP1 in the cardiomyocytes that is critical to maintain heart function, which offers exciting new insights into the potential therapeutic strategy for heart failure.

ABSTRACT Mitochondrial cristae are critical for efficient oxidative phosphorylation, however, how cristae architecture is precisely organized remains largely unknown. Here, we discovered that Mic19, a core component of MICOS (mitochondrial contact site and cristae organizing system) complex, can be cleaved at N-terminal by mitochondrial protease OMA1. Mic19 directly interacts with mitochondrial outer-membrane protein Sam50 (the key subunit of SAM complex) and inner-membrane protein Mic60 (the key component of MICOS complex) to form Sam50-Mic19-Mic60 axis, which dominantly connects SAM and MICOS complexes to assemble MIB (mitochondrial intermembrane space bridging) supercomplex for mediating mitochondrial outer- and inner-membrane contact. OMA1-mediated Mic19 cleavage causes Sam50-Mic19-Mic60 axis disruption, which separates SAM and MICOS and leads to MIB disassembly. Disrupted Sam50-Mic19-Mic60 axis, even in the presence of SAM and MICOS complexes, causes the abnormal mitochondrial morphology, loss of mitochondrial cristae junctions, abnormal cristae distribution and reduced ATP production. Importantly, Sam50 displays punctate distribution at mitochondrial outer membrane, and acts as an anchoring point to guide the formation of mitochondrial cristae junctions. Therefore, we propose a model that Sam50-Mic19-Mic60 axis mediated SAM-MICOS complexes integration determines mitochondrial cristae architecture.

Abstract N 6 -methyladenosine (m 6 A) methylation of RNA by the methyltransferase complex (MTC), with core components including METTL3-METTL14 heterodimers and Wilms’ tumor 1-associated protein (WTAP), contributes to breast tumorigenesis, but the underlying regulatory mechanisms remain elusive. Here, we identify a novel cleaved form METTL3a (residues 239-580 of METTL3). We find that METTL3a is required for the METTL3-WTAP interaction, RNA m 6 A deposition, as well as cancer cell proliferation. Mechanistically, we find that METTL3a is essential for the METTL3-METTL3 interaction, which is a prerequisite step for recruitment of WTAP in MTC. Analysis of m 6 A sequencing data shows that depletion of METTL3a globally disrupts m 6 A deposition, and METTL3a mediates mTOR activation via m 6 A-mediated suppression of TMEM127 expression. Moreover, we find that METTL3 cleavage is mediated by proteasome in an mTOR-dependent manner, revealing positive regulatory feedback between METTL3a and mTOR signaling. Our findings reveal METTL3a as an important component of MTC, and suggest the METTL3a-mTOR axis as a potential therapeutic target for breast cancer.