Mitochondrial DNA breaks activate an integrated stress response to reestablish homeostasis

生物 细胞生物学 线粒体DNA 平衡 线粒体 战斗或逃跑反应 DNA损伤 遗传学 DNA 基因
作者
Yi Fu,Olivia Sacco,Emily DeBitetto,Evgeny Kanshin,Luke H. Chao,Agnel Sfeir
出处
期刊:Molecular Cell [Elsevier BV]
卷期号:83 (20): 3740-3753.e9 被引量:9
标识
DOI:10.1016/j.molcel.2023.09.026
摘要

Summary

Mitochondrial DNA double-strand breaks (mtDSBs) lead to the degradation of circular genomes and a reduction in copy number; yet, the cellular response in human cells remains elusive. Here, using mitochondrial-targeted restriction enzymes, we show that a subset of cells with mtDSBs exhibited defective mitochondrial protein import, reduced respiratory complexes, and loss of membrane potential. Electron microscopy confirmed the altered mitochondrial membrane and cristae ultrastructure. Intriguingly, mtDSBs triggered the integrated stress response (ISR) via the phosphorylation of eukaryotic translation initiation factor 2α (eIF2α) by DELE1 and heme-regulated eIF2α kinase (HRI). When ISR was inhibited, the cells experienced intensified mitochondrial defects and slower mtDNA recovery post-breakage. Lastly, through proteomics, we identified ATAD3A—a membrane-bound protein interacting with nucleoids—as potentially pivotal in relaying signals from impaired genomes to the inner mitochondrial membrane. In summary, our study delineates the cascade connecting damaged mitochondrial genomes to the cytoplasm and highlights the significance of the ISR in maintaining mitochondrial homeostasis amid genome instability.
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