The mitochondrial calcium uniporter (MCU) activates mitochondrial respiration and enhances mobility by regulating mitochondrial redox state

Abstract

Regulation of mitochondrial redox balance is emerging as a key event for cell signaling in both physiological and pathological conditions. However, the link between the mitochondrial redox state and the modulation of these conditions remains poorly defined. Here, we discovered that activation of the evolutionary conserved mitochondrial calcium uniporter (MCU) modulates mitochondrial redox state. By using mitochondria-targeted redox and calcium sensors and genetic MCU-ablated models, we provide evidence of the causality between MCU activation and net reduction of mitochondrial (but not cytosolic) redox state. Redox modulation of redox-sensitive groups via MCU stimulation is required for maintaining respiratory capacity in primary human myotubes and C. elegans, and boosts mobility in worms. The same benefits are obtained bypassing MCU via direct pharmacological reduction of mitochondrial proteins. Collectively, our results demonstrate that MCU regulates mitochondria redox balance and that this process is required to promote the MCU-dependent effects on mitochondrial respiration and mobility.

La regulación del balance redox mitocondrial está emergiendo como un evento clave para la señalización celular en condiciones tanto fisiológicas como patológicas. Sin embargo, el vínculo entre el estado redox mitocondrial y la modulación de estas condiciones sigue estando poco definido. En este estudio, descubrimos que la activación del uniportador de calcio mitocondrial (MCU), conservado evolutivamente, modula el estado redox mitocondrial. Al utilizar sensores redox y de calcio dirigidos a las mitocondrias y modelos genéticos con ablación de MCU, proporcionamos evidencia de la causalidad entre la activación de MCU y la reducción neta del estado redox mitocondrial (pero no citosólico). La modulación redox de grupos sensibles a redox mediante estimulación de MCU es necesaria para mantener la capacidad respiratoria en miotubos humanos primarios y en C. elegans, y mejora la movilidad en los gusanos. Los mismos beneficios se obtienen al eludir MCU mediante la reducción farmacológica directa de proteínas mitocondriales. En conjunto, nuestros resultados demuestran que MCU regula el balance redox mitocondrial y que este proceso es necesario para promover los efectos dependientes de MCU sobre la respiración mitocondrial y la movilidad.