Combinatorial GxGxE CRISPR screen identifies SLC25A39 in mitochondrial glutathione transport linking iron homeostasis to OXPHOS

清脆的 铁稳态 生物 线粒体 氧化磷酸化 生物化学 计算生物学 谷胱甘肽 化学 细胞生物学 基因
作者
Xiaojian Shi,Bryn Reinstadler,Hardik Shah,Tsz‐Leung To,Katie Byrne,Luanna Summer,Sarah E. Calvo,Olga Goldberger,John G. Doench,Vamsi K. Mootha,Hongying Shen
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:13 (1) 被引量:76
标识
DOI:10.1038/s41467-022-30126-9
摘要

Abstract The SLC25 carrier family consists of 53 transporters that shuttle nutrients and co-factors across mitochondrial membranes. The family is highly redundant and their transport activities coupled to metabolic state. Here, we use a pooled, dual CRISPR screening strategy that knocks out pairs of transporters in four metabolic states — glucose, galactose, OXPHOS inhibition, and absence of pyruvate — designed to unmask the inter-dependence of these genes. In total, we screen 63 genes in four metabolic states, corresponding to 2016 single and pair-wise genetic perturbations. We recover 19 gene-by-environment (GxE) interactions and 9 gene-by-gene (GxG) interactions. One GxE interaction hit illustrates that the fitness defect in the mitochondrial folate carrier (SLC25A32) KO cells is genetically buffered in galactose due to a lack of substrate in de novo purine biosynthesis. GxG analysis highlights a buffering interaction between the iron transporter SLC25A37 (A37) and the poorly characterized SLC25A39 (A39). Mitochondrial metabolite profiling, organelle transport assays, and structure-guided mutagenesis identify A39 as critical for mitochondrial glutathione (GSH) import. Functional studies reveal that A39-mediated glutathione homeostasis and A37-mediated mitochondrial iron uptake operate jointly to support mitochondrial OXPHOS. Our work underscores the value of studying family-wide genetic interactions across different metabolic environments.
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