Abstract The shift of carbon utilization from primarily glucose to other nutrients is a fundamental metabolic adaptation to cope with decreased blood glucose levels and the consequent decline in glucose oxidation. AMP-activated protein kinase (AMPK) plays crucial roles in this metabolic adaptation. However, the underlying mechanism is not fully understood. Here, we show that PDZ domain containing 8 (PDZD8), which we identify as a new substrate of AMPK activated in low glucose, is required for the low glucose-promoted glutaminolysis. AMPK phosphorylates PDZD8 at threonine 527 (T527) and promotes the interaction of PDZD8 with and activation of glutaminase 1 (GLS1), a rate-limiting enzyme of glutaminolysis. In vivo, the AMPK-PDZD8-GLS1 axis is required for the enhancement of glutaminolysis as tested in the skeletal muscle tissues, which occurs earlier than the increase in fatty acid utilization during fasting. The enhanced glutaminolysis is also observed in macrophages in low glucose or under acute lipopolysaccharide (LPS) treatment. Consistent with a requirement of heightened glutaminolysis, the PDZD8-T527A mutation dampens the secretion of pro-inflammatory cytokines in macrophages in mice treated with LPS. Together, we have revealed an AMPK-PDZD8-GLS1 axis that promotes glutaminolysis ahead of increased fatty acid utilization under glucose shortage.

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.

Abstract Migrasomes are organelles that are generated by migrating cells. Here we report the key role of neutrophil-derived migrasomes in haemostasis. We found that a large number of neutrophil-derived migrasomes exist in the blood of mice and humans. Compared with neutrophil cell bodies and platelets, these migrasomes adsorb and enrich coagulation factors on the surface. Moreover, they are highly enriched with adhesion molecules, which enable them to preferentially accumulate at sites of injury, where they trigger platelet activation and clot formation. Depletion of neutrophils, or genetic reduction of the number of these migrasomes, significantly decreases platelet plug formation and impairs coagulation. These defects can be rescued by intravenous injection of purified neutrophil-derived migrasomes. Our study reveals neutrophil-derived migrasomes as a previously unrecognized essential component of the haemostasis system, which may shed light on the cause of various coagulation disorders and open therapeutic possibilities.