The metabolic growth limitations of petite cells lacking the mitochondrial genome

柠檬酸循环 谷氨酰胺 生物 乌头酸酶 线粒体 基因组 三羧酸 氨基酸 新陈代谢 线粒体基质 生物化学 细胞生物学 基因 胞浆
作者
Jakob Vowinckel,Johannes Hartl,Hans Marx,Martin Kerick,Kathrin Runggatscher,Markus A. Keller,Michael Mülleder,Jason Day,Manuela Weber,Mark Rinnerthaler,Jigui Yu,Simran Kaur Aulakh,Andrea Lehmann,Diethard Mattanovich,Bernd Timmermann,Nianshu Zhang,Cory D. Dunn,James I. MacRae,Michael Breitenbach,Markus Ralser
出处
期刊:Nature metabolism [Springer Nature]
卷期号:3 (11): 1521-1535 被引量:26
标识
DOI:10.1038/s42255-021-00477-6
摘要

Eukaryotic cells can survive the loss of their mitochondrial genome, but consequently suffer from severe growth defects. 'Petite yeasts', characterized by mitochondrial genome loss, are instrumental for studying mitochondrial function and physiology. However, the molecular cause of their reduced growth rate remains an open question. Here we show that petite cells suffer from an insufficient capacity to synthesize glutamate, glutamine, leucine and arginine, negatively impacting their growth. Using a combination of molecular genetics and omics approaches, we demonstrate the evolution of fast growth overcomes these amino acid deficiencies, by alleviating a perturbation in mitochondrial iron metabolism and by restoring a defect in the mitochondrial tricarboxylic acid cycle, caused by aconitase inhibition. Our results hence explain the slow growth of mitochondrial genome-deficient cells with a partial auxotrophy in four amino acids that results from distorted iron metabolism and an inhibited tricarboxylic acid cycle.
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