Cellular and molecular mechanisms of fatty liver disease

脂肪肝疾病的细胞和分子机制

基本信息

  • 批准号:
    9317353
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 34.09万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2016
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2016-07-18 至 2020-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Project Summary Cytosolic accumulation of triglyceride (TG)-rich lipid droplets (LDs) is a hallmark of nonalcoholic fatty liver disease (NAFLD). Many LD-associated proteins are implicated in the pathogenesis of human and rodent NAFLD, including CGI-58 (Comparative Gene Identification-58). Mutations in human CGI-58 gene cause ichthyosis (thickened dry scaly skin) and TG-rich LD accumulation in most cell types. Patients display NAFLD ranging from simple steatosis to nonalcoholic steatohepatitis (NASH), fibrosis and cirrhosis. CGI-58 was shown to promote TG hydrolysis in vitro by activating Adipose Triglyceride Lipase (ATGL), but ATGL mutations in humans cause no ichthyosis. While liver-specific CGI-58 knockout (LivKO) mice develop severe hepatic steatosis, NASH and fibrosis even on a regular chow diet, liver-specific ATGL KO mice display only mild hepatic steatosis without NASH and fibrosis. These phenotypic differences between ATGL and CGI-58 mutations provide us a unique opportunity to exploit molecular mechanisms of NAFLD progression. Two major pathways are implicated in intracellular LD breakdown: 1) Cytosolic/Neutral Lipolysis mainly mediated by ATGL, and 2) Lysosomal/Acidic Lipolysis mediated by a lipid-specific macroautophagy (lipophagy). Lipophagy brings cytosolic LDs to lysosomes for degradation by acidic lipases, but its molecular details are unknown. Our preliminary data suggest that hepatic autophagy-related proteins are reduced, the major upstream autophagy inhibitory signaling pathway (mTORC1) is activated, and there is a defect in association between LDs and acidic organelles in CGI-58-deficient liver and/or hepatocytes. It was recently shown that perilipin 2, a major LD coat protein known to interact with CGI-58, also binds the heat shock cognate protein of 70 kDa (hsc70) for degradation via chaperone-mediated autophagy (CMA), and inhibition of CMA reduces both Neutral and Acidic Lipolysis, leading to severe hepatic steatosis and liver damage. Based on these observations and our preliminary data, we hypothesize that CGI-58 may coordinate with hsc70 to stimulate LD uncoating by promoting perilipin 2 degradation via CMA, thereby activating both ATGL lipolysis and lipophagy. Lipophagy failure may in turn inhibit autophagy by altering cellular energy balance. This hypothesis may explain why ATGL and CGI-58 mutations cause overlapping yet distinct phenotypes. We will test this central hypothesis by comparing liver-specific CGI-58 and ATGL KO mice to determine whether liver CGI-58 and ATGL differentially, regulates lipophagy and autophagy. We will then perform detailed protein-protein interaction studies to examine whether CGI-58 and hsc70 coordinate CMA-mediated LD uncoating (degradation of perilipin 2). Finally we will determine if mTORC1 inhibition and autophagy induction protect against NAFLD progression in CGI-58 LivKO mice. Given that CGI-58 resides at the critical crossroad of cellular fat breakdown, this project holds promise of revealing general mechanisms for progression of NAFLD, a major public health problem.
项目摘要 甘油三酸酯(TG)的胞质积累 - 富含脂质的脂质液滴(LDS)是非酒精脂肪肝的标志 疾病(NAFLD)。许多与LD相关的蛋白有关人类和啮齿动物的发病机理 NAFLD,包括CGI-58(比较基因鉴定-58)。人CGI-58基因的突变引起 在大多数细胞类型中,鱼质病(干燥干燥的鳞状皮肤增厚)和富含TG的LD积累。患者显示NAFLD 从简单的脂肪变性到非酒精性脂肪性肝炎(NASH),纤维化和肝硬化。 CGI-58是 通过激活脂肪甘油三酸酯脂肪酶(ATGL),可以在体外促进TG水解,但ATGL突变 在人类中,没有引起鱼鳞病。而肝脏特异性CGI-58敲除(Livko)小鼠出现严重的肝 脂肪变性,纳什和纤维化即使在常规的食物饮食中,肝脏特异性ATGL KO小鼠仅显示温和 肝脏脂肪变性,无氮和纤维化。 ATGL和CGI-58之间的这些表型差异 突变为我们提供了开发NAFLD进展的分子机制的独特机会。两个主要 途径与细胞内LD分解有关:1)胞质/中性脂肪分解主要由ATGL介导 2)由脂质特异性大量噬菌体(脂肪)介导的溶酶体/酸性脂解。寄生虫带来 胞质LDS溶酶体酸性脂肪酶降解,但其分子细节尚不清楚。我们的 初步数据表明肝自噬相关蛋白减少了,这是主要上游自噬 抑制信号通路(MTORC1)被激活,LDS和 CGI-58缺陷肝脏和/或肝细胞中的酸性细胞器。最近证明,Perilipin 2(主要LD) 已知与CGI-58相互作用的外套蛋白也结合了70 kDa(HSC70)的热休克同源蛋白 通过伴侣介导的自噬(CMA)降解,CMA的抑制作用可降低中性和酸性 脂解,导致严重的肝脂肪变性和肝损伤。基于这些观察和我们的 初步数据,我们假设CGI-58可以与HSC70进行协调以刺激LD不涂层 通过CMA促进Perilipin 2降解,从而激活ATGL脂肪分解和脂肪摄氏。脂肪 失败可能会通过改变细胞能量平衡来抑制自噬。这个假设可以解释为什么 ATGL和CGI-58突变会导致重叠但不同的表型。我们将通过 比较肝脏特异性CGI-58和ATGL KO小鼠,以确定肝CGI-58和ATGL是否差异化, 调节寄生虫和自噬。然后,我们将进行详细的蛋白质 - 蛋白质相互作用研究 检查CGI-58和HSC70是否协调CMA介导的LD脱涂层(Perilipin 2的降解)。 最后,我们将确定MTORC1抑制和自噬诱导是否可以防止NAFLD进展 CGI-58 Livko小鼠。鉴于CGI-58驻留在细胞脂肪崩溃的关键十字路口中,该项目 有望揭示NAFLD发展的一般机制,NAFLD是一个主要的公共卫生问题。

项目成果

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