Abstract The Acylglycerol Kinase (AGK) is a mitochondrial lipid kinase that contributes to protein biogenesis as a subunit of the TIM22 complex at the inner mitochondrial membrane. Mutations in AGK cause Sengers syndrome, an autosomal recessive condition characterized by congenital cataracts, hypertrophic cardiomyopathy, skeletal myopathy and lactic acidosis. We undertook proteomic profiling of Sengers patient fibroblasts and an AGK KO cell line to map the proteomic changes that ensue upon AGK dysfunction. This uncovered extensive remodelling of mitochondrial one-carbon metabolism enzymes and showed that inner membrane serine transporters, Sideroflexins (SFXNs), are novel substrates of the TIM22 complex. Deletion of SFXN1 recapitulates the remodelling of one-carbon metabolism observed in Sengers patient cells. Proliferation of cells lacking AGK is perturbed in the absence of exogenous serine and rescuable through addition of formate, highlighting the dysregulation of one carbon metabolism as a key molecular feature in the biology of Sengers syndrome.

ABSTRACT The mechanisms by which cells respond and adapt to oxidative stress are largely unknown but are key to developing a rationale for cancer therapies that target antioxidant pathways. APR-246 is a mutant-p53 targeted therapeutic currently under clinical investigation in myeloid dysplastic syndrome (MDS) and acute myeloid leukemia 1 . Whilst the mechanism of action of APR-246 is thought to be reactivation of wild-type p53 activity through covalent modification of cysteine residues in the core domain of mutant-p53 protein 2,3 , here we report that the anti-neoplastic capacity of APR-246 lies predominantly in the conjugation of free cysteine. Genome-wide CRISPR perturbation screening, metabolite profiling and proteomics in response to APR-246 treatment in mutant-p53 cancer cells highlighted the role of GSH and mitochondrial metabolism in determining APR-246 efficacy. APR-246 sensitivity was increased through loss of key enzymes in mitochondrial one-carbon metabolism, SHMT2 and MTHFD1L , due to diminished glycine supply for de novo GSH synthesis. Critically, we show that APR-246 induces iron-dependent, apoptotic machinery-independent cell death, ferroptosis. Whole-cell proteomics analyses indicated an upregulation of proteins involved in iron-sulfur cluster biogenesis (eg. FDX1). GSH, acetyl-CoA and NADH levels were also depleted in APR-246 treated cells. Importantly, we found that APR-246 inhibits iron-sulfur cluster biogenesis in the mitochondria of cancer cells through cysteine conjugation. This work not only details novel determinants of APR-246 activity in cancer cells, but also provides a clinical roadmap for targeting antioxidant pathways in tumours - beyond targeting mutant-p53 tumours.

Human Tim8a is a member of an intermembrane space chaperone network, known as the small TIM family, which transport hydrophobic membrane proteins through this compartment. Mutations in TIMM8A cause a neurodegenerative disease, Mohr-Tranebjaerg syndrome (MTS), which is characterised by sensorineural hearing loss, dystonia and blindness. Nothing is known about the function of hTim8a in neuronal cells and consequently how lack of hTim8a leads to a neurodegenerative disease. We identified a novel cell-specific function of hTim8a in the assembly of Complex IV, which is mediated through a transient interaction with the copper chaperone COX17. Complex IV assembly defects in cells lacking hTim8a leads to oxidative stress and changes to key apoptotic regulators, including cytochrome c and Bax, which primes cells for cell death. Alleviation of oxidative stress using Vitamin E rescues cells from apoptotic vulnerability. We hypothesis that enhanced sensitivity of neuronal cells to apoptosis is the underlying mechanism of MTS.

Abstract Modulation of the host cell is integral to the survival and replication of microbial pathogens. Several intracellular bacterial pathogens deliver a cohort of bacterial proteins, termed ‘effector proteins’ into the host cell during infection by sophisticated protein translocation systems which manipulate cellular processes and functions. Despite the importance of these proteins during infection the functional contribution of individual effectors is poorly characterised, particularly in intracellular bacterial pathogens with large effector protein repertoires. Technical caveats have limited the capacity to study these proteins during a native infection, with many effector proteins having only been demonstrated to be translocated during over-expression of tagged versions. Here we present development of a novel strategy to examine effector proteins in the context of infection. We coupled a broad, unbiased proteomics-based screen with organelle purification to study the host-pathogen interactions occurring between the host cell mitochondrion and the Gram-negative, Q fever pathogen Coxiella burnetii. We identify 4 novel mitochondrially-targeted C. burnetii effector proteins, renamed Mitochondrial Coxiella effector protein (Mce) B to E. Examination of the subcellular localisation of ectopically expressed proteins in epithelial cells confirmed the mitochondrial localisation, demonstrating the robustness of our approach. Subsequent biochemical analysis and affinity enrichment proteomics of one of these effector proteins, MceC, revealed the protein is imported into mitochondria and can interact with components of the mitochondrial quality control machinery. Our study adapts high-sensitivity proteomics to the study of intracellular host-pathogen interactions occurring during infection, providing a robust strategy to examine the sub-cellular localisation of effector proteins during native infection. This approach could be applied to a range of pathogens and host cell compartments to provide a rich map of effector dynamics throughout infection.