Mitochondrial leak metabolism induces the Spemann-Mangold Organizer via Hif-1α in Xenopus

生物 细胞生物学 线粒体 细胞呼吸 氧化磷酸化 爪蟾 ATP合酶 Wnt信号通路 蛋白质亚单位 信号转导 生物化学 基因
作者
Alexandra MacColl Garfinkel,Nelli Mnatsakanyan,Jeet H. Patel,Andrea E. Wills,Amy Shteyman,Peter J. Smith,Kambiz N. Alavian,Elizabeth A. Jonas,Mustafa K. Khokha
出处
期刊:Developmental Cell [Elsevier BV]
卷期号:58 (22): 2597-2613.e4 被引量:4
标识
DOI:10.1016/j.devcel.2023.08.015
摘要

Summary

An instructive role for metabolism in embryonic patterning is emerging, although a role for mitochondria is poorly defined. We demonstrate that mitochondrial oxidative metabolism establishes the embryonic patterning center, the Spemann-Mangold Organizer, via hypoxia-inducible factor 1α (Hif-1α) in Xenopus. Hypoxia or decoupling ATP production from oxygen consumption expands the Organizer by activating Hif-1α. In addition, oxygen consumption is 20% higher in the Organizer than in the ventral mesoderm, indicating an elevation in mitochondrial respiration. To reconcile increased mitochondrial respiration with activation of Hif-1α, we discovered that the "free" c-subunit ring of the F1Fo ATP synthase creates an inner mitochondrial membrane leak, which decouples ATP production from respiration at the Organizer, driving Hif-1α activation there. Overexpression of either the c-subunit or Hif-1α is sufficient to induce Organizer cell fates even when β-catenin is inhibited. We propose that mitochondrial leak metabolism could be a general mechanism for activating Hif-1α and Wnt signaling.

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