Abstract The dynamicity of the mitochondrial network is crucial for meeting the ever‐changing metabolic and energy needs of the cell. Mitochondrial fission promotes the degradation and distribution of mitochondria, while mitochondrial fusion maintains mitochondrial function through the complementation of mitochondrial components. Previously, we have reported that mitochondrial networks are tubular, interconnected, and well‐organized in young, healthy C. elegans , but become fragmented and disorganized with advancing age and in models of age‐associated neurodegenerative disease. In this work, we examine the effects of increasing mitochondrial fission or mitochondrial fusion capacity by ubiquitously overexpressing the mitochondrial fission gene drp‐1 or the mitochondrial fusion genes fzo‐1 and eat‐3 , individually or in combination. We then measured mitochondrial function, mitochondrial network morphology, physiologic rates, stress resistance, and lifespan. Surprisingly, we found that overexpression of either mitochondrial fission or fusion machinery both resulted in an increase in mitochondrial fragmentation. Similarly, both mitochondrial fission and mitochondrial fusion overexpression strains have extended lifespans and increased stress resistance, which in the case of the mitochondrial fusion overexpression strains appears to be at least partially due to the upregulation of multiple pathways of cellular resilience in these strains. Overall, our work demonstrates that increasing the expression of mitochondrial fission or fusion genes extends lifespan and improves biological resilience without promoting the maintenance of a youthful mitochondrial network morphology. This work highlights the importance of the mitochondria for both resilience and longevity.

Abstract The dynamicity of the mitochondrial network is crucial for meeting the ever-changing metabolic and energy needs of the cell. Mitochondrial fission promotes the degradation and distribution of mitochondria, while mitochondrial fusion maintains mitochondrial function through the complementation of mitochondrial components. Previously, we have reported that mitochondrial networks are tubular, interconnected and well-organized in young, healthy C. elegans , but become fragmented and disorganized with advancing age and in models of age-associated neurodegenerative disease. In this work, we examine the effects of increasing mitochondrial fission or mitochondrial fusion capacity by ubiquitously overexpressing the mitochondrial fission gene drp-1 or the mitochondrial fusion genes fzo-1 and eat-3 , individually or in combination. We then measured mitochondrial function, mitochondrial network morphology, physiologic rates, stress resistance and lifespan. Surprisingly, we found that overexpression of either mitochondrial fission or fusion machinery both resulted in an increase in mitochondrial fragmentation. Similarly, both mitochondrial fission and mitochondrial fusion overexpression strains have extended lifespans and increased stress resistance, which appears to be at least partially due to the upregulation of multiple stress response pathways in these strains. Overall, our work demonstrates that increasing the expression of mitochondrial fission or fusion genes extends lifespan and improves biological resilience without promoting the maintenance of a youthful mitochondrial network morphology. This work highlights the importance of the mitochondria for both resilience and longevity. IMPORTANT Manuscripts submitted to Review Commons are peer reviewed in a journal-agnostic way. Upon transfer of the peer reviewed preprint to a journal, the referee reports will be available in full to the handling editor. The identity of the referees will NOT be communicated to the authors unless the reviewers choose to sign their report. The identity of the referee will be confidentially disclosed to any affiliate journals to which the manuscript is transferred. GUIDELINES For reviewers: https://www.reviewcommons.org/reviewers For authors: https://www.reviewcommons.org/authors CONTACT The Review Commons office can be contacted directly at: office@reviewcommons.org

The zebrafish has recently emerged as a model system for investigating the developmental roles of glucocorticoid signaling and the mechanisms underlying glucocorticoid-induced developmental programming. To assess the role of the Glucocorticoid Receptor (GR) in such programming, we used CRISPR-Cas9 to produce a new frameshift mutation, GR369-, which eliminates all potential in-frame initiation codons upstream of the DNA binding domain. Using RNA-seq to ask how this mutation affects the larval transcriptome under both normal conditions and with chronic cortisol treatment, we find that GR mediates most of the effects of the treatment, and paradoxically, that the transcriptome of cortisol-treated larvae is more like that of larvae lacking a GR than that of larvae with a GR, suggesting that the cortisol-treated larvae develop GR resistance. The one transcriptional regulator that was both underexpressed in GR369- larvae and consistently overexpressed in cortisol-treated larvae was klf9 . We therefore used CRISPR-Cas9-mediated mutation of klf9 and RNA-seq to assess Klf9-dependent gene expression in both normal and cortisol-treated larvae. Our results indicate that Klf9 contributes significantly to the transcriptomic response to chronic cortisol exposure, mediating the upregulation of proinflammatory genes that we reported previously.

Objective: Chronic early life stress can affect development of the neuroendocrine stress system, leading to its persistent dysregulation and consequently increased disease risk in adulthood. One contributing factor is thought to be epigenetic programming in response to chronic cortisol exposure during early development. We have previously shown that zebrafish embryos treated chronically with cortisol develop into adults with constitutively elevated whole body cortisol and aberrant immune gene expression. The objective of the experiments reported here was to further characterize the phenotype of those adults. Results: We find that adult zebrafish derived from cortisol-treated embryos have aberrant cortisol levels, tissue distribution, and dynamics, which correlate with differential activity of key glucocorticoid-responsive regulatory genes klf9 and fkbp5 in blood and brain.

The mitochondrial unfolded protein response (mitoUPR) is a stress response pathway that responds to mitochondrial insults by altering gene expression to recover mitochondrial homeostasis. The mitoUPR is mediated by the stress-activated transcription factor ATFS-1 (activating transcription factor associated with stress 1). Constitutive activation of ATFS-1 increases resistance to exogenous stressors but paradoxically decreases lifespan. In this work, we determined the optimal levels of expression of activated ATFS-1 with respect to lifespan and resistance to stress by treating constitutively active atfs-1(et17 ) worms with different concentrations of RNA interference (RNAi) bacteria targeting atfs-1 . We observed the maximum lifespan of atfs-1(et17 ) worms at full-strength atfs-1 RNAi, which was significantly longer than wild-type lifespan. Under the conditions of maximum lifespan, atfs-1(et17 ) worms did not show enhanced resistance to stress, suggesting a trade-off between stress resistance and longevity. The maximum resistance to stress in atfs-1(et17 ) worms occurred on empty vector. Under these conditions, atfs-1(et17 ) worms are short-lived. This indicates that constitutive activation of ATFS-1 can increase lifespan or enhance resistance to stress but not both, at the same time. Overall, these results demonstrate that constitutively active ATFS-1 can extend lifespan when expressed at low levels and that this lifespan extension is not dependent on the ability of ATFS-1 to enhance resistance to stress.