Deciphering CLUH function in mitochondrial distribution and cell metabolism

Abstract

La dynamique et la distribution mitochondriale sont essentielles pour l’homéostasie énergétique cellulaire. CLUH est une protéine indispensable à la distribution mitochondriale, dont la déplétion provoque une agrégation mitochondriale périnucléaire. Afin de comprendre le rôle de CLUH dans le métabolisme cellulaire, nous avons généré des cellules knockout CLUH par la méthode CRISPR-cas9. Nos résultats montrent que l’agrégation mitochondriale est associée à la diminution de la taille cellulaire et à la réduction quantitative des complexes de la chaîne respiratoire, menant ainsi à des défauts de la phosphorylation oxydative. Cette déficience énergétique est due à la perturbation de la traduction mitochondriale, et provoque un shift métabolique vers la glycolyse. Le profil métabolique des cellules KO montre un dysfonctionnement du cycle de Krebs et une altération de l’oxydation des acides gras. Dans ce sens, nous avons déterminé une fonction cruciale de CLUH dans le couplage de la distribution mitochondriale au contrôle de l’état cellulaire énergétique et métabolique. Pour approfondir l’analyse de la fonction de CLUH, nous avons effectué une étude de prédiction des domaines fonctionnels in silico, et avons identifié cinq domaines évolutivement conservés au sein de la séquence primaire de CLUH. De plus, nous démontrons que CLUH oligomérise en tétramères et en octomères, qui sont déstabilisés par l’expression ectopique de formes tronquées de CLUH dépourvues des domaines Clu-Nou TPR, par un effet dominant négatif. En résumé, nos résultats montrent l’importance de CLUH dans le maintien de l’homéostasie métabolique cellulaire, et une régulation potentielle de ses fonctions par oligomérisation.Mitochondrial dynamics and distribution are critical insupplying ATP in response to energy demands. CLUHis a highly conserved protein involved in mitochondrial distribution, whose dysfunction leads to mitochondrial clustering around the nucleus. To gain insight into the role of CLUH in cellular metabolism, we generated CLUH knockout cells using CRISPR/Cas9. We show that mitochondrial clustering is associated with a smaller cell size and with decreased abundance of respiratory complexes, resulting in OXPHOS defects. This energetic impairment was found to be due to the alteration of mitochondrial translation, leading to a metabolic shift towards glucose dependency. Metabolomic profiling by mass spectrometry disclosed a dysfunctional Krebs cycle and an alteration of fatty acidoxidation. Thus, we established a clear function of CLUH in coupling mitochondrial distribution to the control of cellular energetic and metabolic status. To further analyze CLUH function, we performed in silico the prediction of the functional domains of this protein, disclosing 5 evolutionary conserved domains within the CLUH primary sequence. We reveal an oligomerization of CLUH into tetramers and octamers, and show a dominant negative effect associated to the expression of CLUH truncated forms missing Clu-N or TPR domains. Taken together, our studies reveal the importance of CLUH in maintaining cellular metabolism homeostasis and the potential regulation of its function through oligomerization