Mechanisms of glucose mediated cardiac mitochondrial dysfunction

葡萄糖介导的心脏线粒体功能障碍的机制

基本信息

  • 批准号:
    8898941
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 14.41万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2013
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2013-08-02 至 2016-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Project Summary Heart failure is a major cause of death in individuals with diabetes. Heart failure is characterized in part by mitochondrial dysfunction defined by decreased oxidative capacity and ATP synthesis. Diabetes is accompanied by a number of systemic changes including hyperlipidemia and hyperglycemia. A critical barrier in determining the molecular mechanisms that lead to the development of diabetes-related complications has been the availability of appropriate in vivo models to test each independently. To define the role of glucose delivery to the heart in the regulation of mitochondrial function we have developed a mouse model for inducible cardiomyocyte-specific expression of the glucose transporter, GLUT4. Thus allowing us to directly test the role that cardiomyocyte glucose delivery plays in the healthy and diseased heart. Our preliminary data define a model whereby increased glucose delivery in the basal state enhances glucose utilization. In stark contrast, increased glucose delivery in the presence of hyperglycemia accelerates the development of mitochondrial dysfunction. The long-term goal of my research is to determine the mechanisms controlling mitochondrial metabolic function in the heart. In this proposal, we will start by investigating the role of glucose-mediated mitochondrial regulation by examining glucose-delivery regulated post-translational modification of mitochondrial proteins (Aim 1) and epigenetic control of oxidative phosphorylation (OXPHOS) gene expression (Aim 2). The latter process has recently received significant attention for its contribution to "glycemic memory", defined as the impact that antecedent glucose concentrations have on persistently increasing the risk of diabetic complications independently of current levels of glycemic control. For Specific Aim 1, we will determine the mitochondrial proteins that are modified by the post-translational modification O-linked GlcNAcylation, which is increased with diabetes, and begin to explore the functional consequences of glucose delivery on mitochondrial oxidative capacity and enzymatic function. Studies outlined in Aim 2, will define the role of epigenetic modifications associated with changes in OXPHOS gene expression that are uniquely regulated by glucose. The initial K99 phase of this proposal will facilitate training in aspects of proteomics (2D-PAGE and mass spectroscopy) and epigenetics (histone modifications and DNA methylation). This additional training will provide me with the knowledge and skill set to independently carry out my immediate short-term goal of finding a tenure-track position (R00 phase), necessary to complete the proposal's aims and pursue my interests in defining molecular mechanisms of cardiac dysfunction. Collectively, the completion of these studies will provide fundamental insights into the mechanistic basis for glucose in the development of diabetic cardiomyopathy and mitochondrial dysfunction.
项目摘要 心力衰竭是糖尿病患者的主要死亡原因。心力衰竭的特征是 线粒体功能障碍由氧化能力降低和ATP合成所定义。糖尿病是 伴随着许多系统性变化,包括高脂血症和高血糖。一个关键的障碍 在确定导致糖尿病相关并发症发展的分子机制时 是适当的体内模型的可用性,可以独立测试每个模型。定义葡萄糖的作用 在线粒体功能调节的调节中,我们已经开发了一种用于诱导的小鼠模型 葡萄糖转运蛋白GLUT4的心肌细胞特异性表达。因此使我们能够直接测试角色 这种心肌细胞葡萄糖的递送在健康和患病的心脏中发挥作用。我们的初步数据定义了 在基础状态下增加葡萄糖递送的模型可增强葡萄糖利用率。形成鲜明对比的是 在高血糖存在下葡萄糖的递送增加会加速线粒体的发展 功能障碍。我的研究的长期目标是确定控制线粒体的机制 心脏中的代谢功能。在此提案中,我们将首先研究葡萄糖介导的作用 线粒体调节,通过检查葡萄糖传递调节后的翻译后修饰 线粒体蛋白(AIM 1)和氧化磷酸化(OXPHOS)基因表达的表观遗传控制 (目标2)。后一个过程最近因其对“血糖记忆”的贡献而受到了极大的关注, 定义为先前葡萄糖浓度对持续增加风险的影响 糖尿病并发症与当前血糖控制水平无关。对于特定目标1,我们将确定 通过翻译后修饰的O-CHING GLCNACYLATION修饰的线粒体蛋白, 糖尿病增加了,并开始探索葡萄糖递送的功能后果 线粒体氧化能力和酶促功能。 AIM 2中概述的研究将定义 与Oxphos基因表达的变化相关的表观遗传修饰,这些变化受到独特的调节 葡萄糖。该提案的最初K99阶段将促进蛋白质组学方面的培训(2d页和 质谱法)和表观遗传学(组蛋白修饰和DNA甲基化)。额外的培训将 为我提供独立实现我的立即找到的知识和技能 终身任期职位(R00阶段),必须完成该提案的目标并追求我的利益 定义心脏功能障碍的分子机制。总的来说,这些研究的完成将 在糖尿病的发展中提供有关葡萄糖机械基础的基本见解 心肌病和线粒体功能障碍。

项目成果

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