FOXQ1 Regulates Brain Endothelial Mitochondrial Function by Orchestrating Calcium Signaling and Cristae Morphology

细胞生物学 功能(生物学) 形态学(生物学) 线粒体 钙信号传导 化学 信号转导 神经科学 生物 动物 有机化学
作者
Wenzheng Zou,Yuqing Lv,Lin Li,Shukui Zhang,Jiaqi Liang,Chengchao Wu,Enyu Huang,Jianwei Jiao,Jingjing Zhang
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
标识
DOI:10.1002/advs.202503082
摘要

The blood-brain barrier (BBB) maintains brain homeostasis through specialized functions including tight junction formation and selective transport of brain endothelial cells (ECs). While ECs are generally thought to rely primarily on glycolysis for energy production, the transcriptional mechanisms underlying their metabolic specialization in the brain endothelium remain poorly understood, especially considering the brain's extraordinary energy demands. Through comparative transcriptomic analysis, it is demonstrated that brain endothelial cells are enriched for mitochondrial function genes, with forkhead box protein 1 (FOXQ1) being selectively expressed in cerebral vasculature. Conditional knockout of Foxq1 in endothelial cells results in severe mitochondrial dysfunction, including disrupted cristae morphology, reduced oxygen consumption, and impaired adenosine triphosphate (ATP) production. Mechanistically, FOXQ1 directly regulates two key pathways: calcium signaling through huntingtin-associated protein (HAP1)-mediated endoplasmic reticulum (ER)-mitochondrial calcium transfer, and mitochondrial structural integrity via AarF domain-containing protein kinase 1 (ADCK1)-dependent cristae organization. These findings reveal that brain endothelial cells rely on oxidative phosphorylation rather than glycolysis alone, challenging the prevailing metabolic paradigm for endothelial cells. This work establishes FOXQ1 as an important regulator of brain endothelial metabolism and provides new insights into the molecular basis of cerebrovascular specialization, with implications for understanding vascular dysfunction in neurological diseases.
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