Leucine inhibits degradation of outer mitochondrial membrane proteins to adapt mitochondrial respiration

细胞生物学 线粒体 亮氨酸 热休克蛋白A9 线粒体载体 蛋白质降解 泛素连接酶 线粒体内膜 细菌外膜 蛋白质周转 蛋白质组 蛋白酶体 ATP-ADP转位酶 泛素 氨基酸 生物化学 生物 DNAJA3公司 分解代谢 线粒体融合 膜蛋白 转运蛋白 F盒蛋白 秀丽隐杆线虫 代谢途径 内质网相关蛋白降解 线粒体膜转运蛋白 蛋白质生物合成
作者
Qiaochu Li,Konstantin Weiss,Fujiko NIWA,Jan Riemer,Thorsten Hoppe
出处
期刊:Nature Cell Biology [Nature Portfolio]
卷期号:27 (11): 1889-1901 被引量:3
标识
DOI:10.1038/s41556-025-01799-3
摘要

The mitochondrial proteome is remodelled to meet metabolic demands, but how metabolic cues regulate mitochondrial protein turnover remains unclear. Here we identify a conserved, nutrient-responsive mechanism in which the amino acid leucine suppresses ubiquitin-dependent degradation of outer mitochondrial membrane (OMM) proteins, stabilizing key components of the protein import machinery and expanding the mitochondrial proteome to enhance metabolic respiration. Leucine inhibits the amino acid sensor GCN2, which selectively reduces the E3 ubiquitin ligase cofactor SEL1L at mitochondria. Depletion of SEL1L phenocopies the effect of leucine, elevating OMM protein abundance and mitochondrial respiration. Disease-associated defects in leucine catabolism and OMM protein turnover impair fertility in Caenorhabditis elegans and render human lung cancer cells resistant to inhibition of mitochondrial protein import. These findings define a leucine-GCN2-SEL1L axis that links nutrient sensing to mitochondrial proteostasis, with implications for metabolic disorders and cancer.
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