Active control of mitochondrial network morphology by metabolism-driven redox state

线粒体 氧化还原 电子传输链 胞浆 细胞生物学 生物 细胞内 细胞器 生物物理学 生物化学 化学 酶 有机化学
作者
Gaurav Singh,Vineeth Vengayil,Aayushee Khanna,Swagata Adhikary,Sunil Laxman
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:122 (16) 被引量:1
标识
DOI:10.1073/pnas.2421953122
摘要

Mitochondria are dynamic organelles that constantly change morphology. What controls mitochondrial morphology however remains unresolved. Using actively respiring yeast cells growing in distinct carbon sources, we find that mitochondrial morphology and activity are unrelated. Cells can exhibit fragmented or networked mitochondrial morphology in different nutrient environments independent of mitochondrial activity. Instead, mitochondrial morphology is controlled by the intracellular redox state, which itself depends on the nature of electron entry into the electron transport chain (ETC)—through complex I/II or directly to coenzyme Q/cytochrome c. In metabolic conditions where direct electron entry is high, reactive oxygen species (ROS) increase, resulting in an oxidized cytosolic environment and rapid mitochondrial fragmentation. Decreasing direct electron entry into the ETC by genetic or chemical means, or reducing the cytosolic environment rapidly restores networked morphologies. Using controlled disruptions of electron flow to alter ROS and redox state, we demonstrate minute-scale, reversible control between networked and fragmented forms in an activity-independent manner. Mechanistically, the fission machinery through Dnm1 responds in minute-scale to redox state changes, preceding the change in mitochondrial form. Thus, the metabolic state of the cell and its consequent cellular redox state actively control mitochondrial form.
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