Reprogramming an energetic AKT-PAK5 axis boosts axon energy supply and facilitates neuron survival and regeneration after injury and ischemia

生物 细胞生物学 轴突 线粒体 再生(生物学) 缺血 神经科学 PI3K/AKT/mTOR通路 神经保护 信号转导 内科学 医学
作者
Ning Huang,Sunan Li,Yuxiang Xie,Qi Han,Xiao‐Ming Xu,Zu‐Hang Sheng
出处
期刊:Current Biology [Elsevier BV]
卷期号:31 (14): 3098-3114.e7 被引量:71
标识
DOI:10.1016/j.cub.2021.04.079
摘要

Mitochondria supply adenosine triphosphate (ATP) essential for neuronal survival and regeneration. Brain injury and ischemia trigger acute mitochondrial damage and a local energy crisis, leading to degeneration. Boosting local ATP supply in injured axons is thus critical to meet increased energy demand during nerve repair and regeneration in adult brains, where mitochondria remain largely stationary. Here, we elucidate an intrinsic energetic repair signaling axis that boosts axonal energy supply by reprogramming mitochondrial trafficking and anchoring in response to acute injury-ischemic stress in mature neurons and adult brains. P21-activated kinase 5 (PAK5) is a brain mitochondrial kinase with declined expression in mature neurons. PAK5 synthesis and signaling is spatiotemporally activated within axons in response to ischemic stress and axonal injury. PAK5 signaling remobilizes and replaces damaged mitochondria via the phosphorylation switch that turns off the axonal mitochondrial anchor syntaphilin. Injury-ischemic insults trigger AKT growth signaling that activates PAK5 and boosts local energy supply, thus protecting axon survival and facilitating regeneration in in vitro and in vivo models. Our study reveals an axonal mitochondrial signaling axis that responds to injury and ischemia by remobilizing damaged mitochondria for replacement, thereby maintaining local energy supply to support central nervous system (CNS) survival and regeneration.
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