The distinct roles of AMPK in neurons and astrocytes following stroke

AMPK 在中风后神经元和星形胶质细胞中的独特作用

基本信息

  • 批准号:
    8539647
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 22.1万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2012
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2012-09-15 至 2015-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): AMP-activated protein kinase (AMPK) is emerging as a key sensor of brain energy balance. In the periphery, AMPK acutely regulates cellular metabolism and chronically regulates gene expression, reducing energy storage and increasing energy production (glycolysis, fatty acid oxidation and glycogen utilization). We have demonstrated that AMPK is highly expressed in brain and is rapidly activated in energy deprived states such as ischemia. However, the consequences of AMPK activation in stroke may be complex as the two major types of brain cells, neurons and astrocytes, are metabolically distinct. Unlike peripheral tissues, neurons are lacking the key enzymes to produce ATP via glycolysis, the major ATP-generating pathway activated during ischemia. In addition, neurons do not oxidize fatty acids efficiently, and have no glycogen stores. Therefore it could be predicted that activating catabolic processes by up-regulation of neuronal AMPK during severe ischemia would propagate metabolic failure and acidosis. In contrast, astrocytes can perform glycolysis, oxidize fatty acids to form ketones, and store some glycogen providing an energy supply for ischemic neurons. Compelling evidence additionally demonstrates that through ATP production and release, astrocytes may protect neurons by reducing excitotoxicity, lowering calcium influx and decreasing microglia mediated inflammation. Activation of astrocytic AMPK will likely reduce cerebral ischemic injury. This highlights the importance of examining the effect of loss of AMPK selectively in astrocytes or neurons following stroke. We have developed mice that are deficient in the catalytic isoforms of AMPK in either neurons or astrocytes. We found that mice deficient in AMPK in astrocytes had worse functional recovery after stroke; interestingly we also observed increased hemorrhagic transformation in these astrocytic KO mice after stroke. The overall goal of this proposal is to first characterize stroke outcome on cel specific AMPK manipulation and secondly determine the metabolic response to such manipulation. Selectively targeting AMPK signaling, a fundamental metabolic pathway, will not only provide us with a better scientific understanding of basic neuronal and astrocytic energy dynamics, but will also allow us to identify cellular specific targets for future clinical development.
描述(由申请人提供):AMP激活的蛋白激酶(AMPK)正在成为脑能量平衡的关键传感器。在外围,AMPK急性调节细胞代谢,并长期调节基因表达,减少能量储存并增加能量产生(糖酵解,脂肪酸氧化和糖原利用率)。我们已经证明,AMPK在大脑中高度表达,并且在缺血等能源剥夺状态中迅速激活。然而,由于两种主要类型的脑细胞,神经元和星形胶质细胞在代谢上与众不同,因此中风中AMPK激活的后果可能很复杂。与周围组织不同,神经元缺乏通过糖酵解产生ATP的关键酶,这是缺血期间激活的主要ATP生成途径。另外,神经元不会有效地氧化脂肪酸,并且没有糖原储存。因此,可以预测,在严重缺血期间通过上调神经元AMPK激活分解代谢过程会传播代谢衰竭和酸中毒。相反,星形胶质细胞可以进行糖酵解,氧化脂肪酸形成酮,并储存一些糖原,从而为缺血性神经元提供能量供应。令人信服的证据还表明,通过ATP的产生和释放,星形胶质细胞可以通过降低兴奋性毒性,降低钙的流入并减少小胶质细胞介导的炎症来保护神经元。星形胶质细胞AMPK的激活可能会减少脑缺血性损伤。这突出了检查效果的重要性 中风后星形胶质细胞或神经元中有选择性的AMPK丢失。我们已经开发了在神经元或星形胶质细胞中AMPK催化同工型缺陷的小鼠。我们发现,在中风后,缺乏AMPK的小鼠功能恢复较差。有趣的是,我们还观察到中风后这些星形细胞KO小鼠的出血转化增加。该提案的总体目标是首先表征对特定AMPK操纵的中风结果,其次确定对这种操作的代谢反应。有选择地靶向AMPK信号(一种基本的代谢途径),不仅会为我们提供对基本神经元和星形胶质细胞能量动力学的更好的科学理解,而且还将使我们能够确定未来临床发育的细胞特定目标。

项目成果

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