Phospholipase D3 degrades mitochondrial DNA to regulate nucleotide signaling and APP metabolism

细胞生物学 生物 线粒体 粒体自噬 线粒体DNA 自噬 生物化学 基因 细胞凋亡
作者
Zoë P. Van Acker,Anika Perdok,R. Hellemans,Katherine North,Inge Vorsters,Cedric Cappel,Jonas Dehairs,Johannes V. Swinnen,Ragna Sannerud,Marine Bretou,Markus Daμμe,Wim Annaert
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:14 (1) 被引量:21
标识
DOI:10.1038/s41467-023-38501-w
摘要

Abstract Phospholipase D3 (PLD3) polymorphisms are linked to late-onset Alzheimer’s disease (LOAD). Being a lysosomal 5’-3’ exonuclease, its neuronal substrates remained unknown as well as how a defective lysosomal nucleotide catabolism connects to AD-proteinopathy. We identified mitochondrial DNA (mtDNA) as a major physiological substrate and show its manifest build-up in lysosomes of PLD3-defective cells. mtDNA accretion creates a degradative (proteolytic) bottleneck that presents at the ultrastructural level as a marked abundance of multilamellar bodies, often containing mitochondrial remnants, which correlates with increased PINK1-dependent mitophagy. Lysosomal leakage of mtDNA to the cytosol activates cGAS–STING signaling that upregulates autophagy and induces amyloid precursor C-terminal fragment (APP-CTF) and cholesterol accumulation. STING inhibition largely normalizes APP-CTF levels, whereas an APP knockout in PLD3-deficient backgrounds lowers STING activation and normalizes cholesterol biosynthesis. Collectively, we demonstrate molecular cross-talks through feedforward loops between lysosomal nucleotide turnover, cGAS-STING and APP metabolism that, when dysregulated, result in neuronal endolysosomal demise as observed in LOAD.
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