Abstract The synaptic vesicle glycoprotein 2A (SV2A) is a transmembrane protein of synaptic vesicles. It is involved in key functions of neurons, focused on the regulation of neurotransmitter release. Here we report three novel findings suggesting a completely new role of SV2A. First, we demonstrate that SV2A is localized at the outer mitochondrial membrane (OMM) using confocal and super-resolution microscopy. Second, Inactivation of SV2A in our cell and animal models leads to fragmented mitochondria. In addition, SV2A also affects the basal autophagic flux as well as mitophagy. Third, using proteomics analysis we demonstrate that SV2A interacts with the fission factor DRP1 and the autophagy factor ATG9A. Using AlphaFold3 we provide a first glimpse of the molecular interaction between DRP1 and SV2A. Our findings demonstrate that SV2A is not only a vesicular protein but also a mitochondrial protein in the OMM with defined functions regulating mitochondrial morphology and autophagy.

Abstract Synaptic signaling depends on ATP generated by mitochondria. Due to extensive connectivity, the striatum is especially vulnerable to mitochondrial dysfunction and thus requires efficient mitochondrial quality control and repair. We found that global knockout of the neuronal calcium-binding protein 2 (NECAB2) in the mouse causes loss of striatal synapses and behavioral phenotypes related to striatal dysfunction such as reduced motivation and altered sensory gating. Striatal mitochondria from Necab2 knockout mice are more abundant and smaller. They are characterized by increased respiration and superoxide production resulting in oxidative stress. This accumulation of dysfunctional mitochondria is caused by a defective assembly of mitochondria with early endosomes in a pathway that involves the small GTPase Rab5 and its guanine nucleotide exchange factor Alsin/ALS2. NECAB2 therefore participates in an endosomal pathway of mitochondrial stress response and repair important for striatal function.

Abstract Charcot-Marie-Tooth (CMT) disease 4A is an autosomal-recessive polyneuropathy caused by mutations of ganglioside-induced differentiation-associated protein 1 (GDAP1), a putative glutathione transferase, which affects mitochondrial shape and alters cellular Ca 2+ homeostasis. Here, we identify the underlying mechanism. We found that patient-derived motoneurons and GDAP1 knockdown SH-SY5Y cells display two phenotypes: more tubular mitochondria and a metabolism characterized by glutamine dependence and fewer cytosolic lipid droplets. GDAP1 interacts with the actin-depolymerizing protein Cofilin-1 in a redoxdependent manner, suggesting a role for actin signaling. Consistently, GDAP1 loss causes less F-actin close to mitochondria, which restricts mitochondrial localization of the fission factor dynamin-related protein 1, instigating tubularity. Changes in the actin cytoskeleton also disrupt mitochondria-ER contact sites. This results in lower mitochondrial Ca 2+ levels and inhibition of the pyruvate dehydrogenase complex, explaining the metabolic changes upon GDAP1 loss of function. Together, these findings reconcile GDAP1-associated phenotypes and implicate disrupted actin signaling in CMT4A pathophysiology.