Multisite phosphorylated S6K1 directs a regulatory module determining adipocyte lipid metabolism

多位点磷酸化 S6K1 指导决定脂肪细胞脂质代谢的调节模块

基本信息

  • 批准号:
    10349543
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 46.75万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-04-09 至 2024-01-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Project Summary/Abstract Obesity is an epidemic-scale problem in the U.S. and worldwide with enormous health and economic costs. The mTORC1-S6 kinase 1 (S6K1) axis drives anabolic pathways determining obesity. We recently identified glutamyl-prolyl tRNA synthetase (EPRS) as an mTORC1-S6K1 target that contributes to mouse adiposity. Insulin-stimulated EPRS phosphorylation at Ser999 by S6K1 in adipocytes induces its binding to fatty acid transport protein 1 (FATP1) and translocation to the plasma membrane to increase long-chain fatty acid (LCFA) uptake. Recent studies reveal that phosphorylation of S6K1 by cyclin-dependent kinase 5 (Cdk5) at Ser424 and Ser429 in the S6K1 C-terminus are required for phosphorylation of EPRS, but not for canonical substrates such as RPS6. This unexpected finding indicates that embedded in S6K1 is a target-selective phospho-code in which combinatorial phospho-site phosphorylation determines kinase targets. To identify additional targets of multi-phosphorylated S6K1 (termed S6K1*) but not mTORC1-activated S6K1, we transfected HEK cells with S6K1 bearing phospho-mimetic mutations at the 3 phospho-sites, or wild-type S6K1 cDNA. Three new S6K1* targets were identified by mass spectrometry and validated in adipocytes – coenzyme A synthase (COASY), cortactin, and lipocalin 2. Importantly, all are implicated in adipocyte lipid metabolism: P-EPRS transports FATP1 to the plasma membrane for increased LCFA uptake; COASY catalyzes the final two steps of synthesis of coenzyme A, required for LCFA activation; lipocalin 2 increases LCFA β-oxidation and insulin resistance; and cortactin is required for insulin-stimulated transport of Glut4-containing vesicles to plasma membranes. We propose that S6K1* directs an adipocyte lipid metabolon, and is a major contributor to obesity-related phenotypes driven by the mTORC1-S6K1 axis. We will test this hypothesis by pursuit of 3 Specific Aims: In Aim 1 we determine S6K1*/target docking domains. By mass spectrometry and site-directed mutation analysis, we will determine specific S6K1*-directed phosphorylation sites in the targets. In Aim 2 we determine the function of phosphorylated S6K1* targets in adipocyte lipid metabolism. We will determine the mechanism of insulin-stimulated transport and binding of P-EPRS to the adipocyte plasma membrane; the role of phosphorylation in COASY catalytic activity and localization; whether P-cortactin transports P-EPRS/FATP1-containing vesicles to the plasma membrane; and extracellular secretion and intracellular localization of P-lipocalin 2, and its role in LCFA oxidation. In Aim 3 we elucidate In vivo role of S6K1* in lipid metabolism and obesity. We will determine the effect of diet-induced obesity on the S6K1* activation pathway and on target phosphorylation in mice. Taking advantage of our new mouse model (generated by Crispr-Cas9 technology) bearing a Ser429-to-Ala mutation in Rps6kb1 (mouse gene encoding S6K1) that lack S6K1* activity, while retaining canonical S6K1 activity, we will test the role of S6K1* in target phosphorylation in vivo, in lipid metabolism, and in diet-induced obesity.
项目概要/摘要 肥胖是美国和全世界范围内的一个流行病,造成了巨大的健康和经济损失。 我们最近发现 mTORC1-S6 激酶 1 (S6K1) 轴驱动决定肥胖的合成代谢途径。 谷氨酰脯氨酰 tRNA 合成酶 (EPRS) 作为 mTORC1-S6K1 靶标,导致小鼠肥胖。 脂肪细胞中胰岛素刺激的 EPRS Ser999 被 S6K1 磷酸化,诱导其与脂肪酸结合 转运蛋白 1 (FATP1) 并易位至质膜以增加长链脂肪酸 (LCFA) 最近的研究表明,S6K1 被细胞周期蛋白依赖性激酶 5 (Cdk5) 在 Ser424 和 Ser424 处磷酸化。 S6K1 C 末端的 Ser429 是 EPRS 磷酸化所必需的,但对于经典底物如 这一意外发现表明 S6K1 中嵌入了一个目标选择性磷酸化代码,其中 组合磷酸位点磷酸化确定激酶靶标,以确定多磷酸化的其他靶标。 S6K1(称为 S6K1*),但不是 mTORC1 激活的 S6K1,我们用 S6K1 转染 HEK 细胞 在 3 个磷酸位点上带有磷酸模拟突变,或野生型 S6K1 cDNA 三个新的 S6K1* 靶标。 通过质谱法鉴定并在脂肪细胞中进行验证 - 辅酶 A 合酶 (COASY)、cortactin、 和脂质运载蛋白 2。重要的是,所有这些都与脂肪细胞脂质代谢有关:P-EPRS 将 FATP1 转运至 质膜增加 LCFA 吸收;COASY 催化辅酶合成的最后两个步骤; A、脂运载蛋白 2 增加 LCFA β-氧化和胰岛素抵抗; 我们认为,胰岛素刺激将含有 Glut4 的囊泡转运至质膜是必需的。 S6K1* 指导脂肪细胞脂质代谢,并且是肥胖相关表型的主要贡献者 我们将通过追求 3 个具体目标来检验该假设:在目标 1 中,我们确定 通过质谱和定点突变分析,我们将确定S6K1*/目标对接域。 在目标 2 中,我们确定了特定 S6K1* 定向磷酸化位点的功能。 脂肪细胞脂质代谢中磷酸化的 S6K1* 靶标我们将确定胰岛素刺激的机制。 P-EPRS 与脂肪细胞质膜的转运和结合;磷酸化的作用; COASY 催化活性和定位;P-cortactin 是否将含有 P-EPRS/FATP1 的囊泡转运至 质膜;P-脂质运载蛋白 2 的细胞外分泌和细胞内定位及其作用 LCFA 氧化。在目标 3 中,我们阐明了 S6K1* 在脂质代谢和肥胖中的体内作用。 饮食诱导的肥胖对小鼠 S6K1* 激活途径和靶点磷酸化的影响。 利用我们带有 Ser429-to-Ala 的新小鼠模型(通过 Crispr-Cas9 技术生成) Rps6kb1(编码 S6K1 的小鼠基因)发生突变,缺乏 S6K1* 活性,同时保留规范的 S6K1 活性,我们将测试 S6K1* 在体内靶标磷酸化、脂质代谢和饮食诱导中的作用 肥胖。

项目成果

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