Mitochondria are dynamic organelles that play a key role in energy conversion. Optimal mitochondrial function is ensured by a quality-control system tightly coupled to fusion and fission. In this connection, mitofusin 2 (Mfn2) participates in mitochondrial fusion and undergoes repression in muscle from obese or type 2 diabetic patients. Here, we provide in vivo evidence that Mfn2 plays an essential role in metabolic homeostasis. Liver-specific ablation of Mfn2 in mice led to numerous metabolic abnormalities, characterized by glucose intolerance and enhanced hepatic gluconeogenesis. Mfn2 deficiency impaired insulin signaling in liver and muscle. Furthermore, Mfn2 deficiency was associated with endoplasmic reticulum stress, enhanced hydrogen peroxide concentration, altered reactive oxygen species handling, and active JNK. Chemical chaperones or the antioxidant N-acetylcysteine ameliorated glucose tolerance and insulin signaling in liver-specific Mfn2 KO mice. This study provides an important description of a unique unexpected role of Mfn2 coordinating mitochondria and endoplasmic reticulum function, leading to modulation of insulin signaling and glucose homeostasis in vivo.

Abstract Mitochondrial dysfunction and accumulation of damaged mitochondria are considered major contributors to aging. However, the molecular mechanisms responsible for these mitochondrial alterations remain unknown. Here, we demonstrate that mitofusin 2 (Mfn2) plays a key role in the control of muscle mitochondrial damage. We show that aging is characterized by a progressive reduction in Mfn2 in mouse skeletal muscle and that skeletal muscle Mfn2 ablation in mice generates a gene signature linked to aging. Furthermore, analysis of muscle Mfn2‐deficient mice revealed that aging‐induced Mfn2 decrease underlies the age‐related alterations in metabolic homeostasis and sarcopenia. Mfn2 deficiency reduced autophagy and impaired mitochondrial quality, which contributed to an exacerbated age‐related mitochondrial dysfunction. Interestingly, aging‐induced Mfn2 deficiency triggers a ROS ‐dependent adaptive signaling pathway through induction of HIF 1α transcription factor and BNIP 3. This pathway compensates for the loss of mitochondrial autophagy and minimizes mitochondrial damage. Our findings reveal that Mfn2 repression in muscle during aging is a determinant for the inhibition of mitophagy and accumulation of damaged mitochondria and triggers the induction of a mitochondrial quality control pathway.

Eukaryotic cells depend on exocytosis to direct intracellularly synthesized material toward the extracellular space or the plasma membrane, so exocytosis constitutes a basic function for cellular homeostasis and communication between cells. The secretory pathway includes biogenesis of secretory granules (SGs), their maturation and fusion with the plasma membrane (exocytosis), resulting in release of SG content to the extracellular space. The larval salivary gland of Drosophila melanogaster is an excellent model for studying exocytosis. This gland synthesizes mucins that are packaged in SGs that sprout from the trans -Golgi network and then undergo a maturation process that involves homotypic fusion, condensation, and acidification. Finally, mature SGs are directed to the apical domain of the plasma membrane with which they fuse, releasing their content into the gland lumen. The exocyst is a hetero-octameric complex that participates in tethering of vesicles to the plasma membrane during constitutive exocytosis. By precise temperature-dependent gradual activation of the Gal4-UAS expression system, we have induced different levels of silencing of exocyst complex subunits, and identified three temporarily distinctive steps of the regulated exocytic pathway where the exocyst is critically required: SG biogenesis, SG maturation, and SG exocytosis. Our results shed light on previously unidentified functions of the exocyst along the exocytic pathway. We propose that the exocyst acts as a general tethering factor in various steps of this cellular process.