Metabolic rewiring coupled to the production of reactive oxygen and nitrogen species (RONS)

代谢重新布线与活性氧和氮 (RONS) 的产生相结合

基本信息

  • 批准号:
    10672344
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 42.63万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-08-01 至 2027-06-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Project Summary/Abstract Free radicals are more than toxic by-products of metabolism. Many cells produce reactive oxygen species (ROS) and reactive nitrogen species (RNS) using specialized enzymes, NADPH oxidases (NOXs) and nitric oxide synthases (NOSs) respectively, for specific functions. For instance, innate immune cells produce RONS in large amounts during inflammation, and endothelial cells and neurons can produce them for signaling. RONS production is an important part of many physiological processes as well as numerous diseases, including inflammatory disorders, cardiovascular diseases, neurodegeneration, etc. We propose to investigate how NOX- and NOS-dependent RONS production is coupled to substantial remodeling of cellular metabolism. Specifically, we will address two key questions: (1) How is cellular metabolism remodeled to enable RONS production? Both NOXs and NOSs require NADPH as the electron donor to drive the reactions. Thus, activation of NOX or NOS greatly increases cellular NADPH demand and can significantly lower NADPH/NADP+ redox ratio. We recently discovered that in activated neutrophils, NOX activation is quantitatively coupled to the metabolic shift from glycolysis to cyclic pentose phosphate pathway (a unique mode for glucose metabolism with ultra-high NADPH yield) to meet this demand. We propose to investigate the molecular mechanism allowing neutrophils to complete such substantial metabolic switch in a very short time, which is essential for them to immediately mount the first line of innate immune defense. We will next reveal the metabolic strategies other cells use to power up RONS production using approaches including isotopic-tracing based metabolic flux analysis and genetic manipulation. (2) How does the increase in RNS regulates cellular metabolism? It is well known that RONS can impact cell functions through protein cysteine oxidation or nitrosylation. Intriguingly, we recently found that the inducible RNS production in activated macrophages drives dynamic metabolic remodeling via a novel mechanism: RNS specifically and efficiently inactivate two crucial mitochondrial enzymes, pyruvate dehydrogenase and oxoglutarate dehydrogenase, via covalent modifications of the catalytic lipoic arm in their E2 subunits. We seek to understand of the biochemical mechanisms for such RNS-driven regulation in-depth, specifically, (i) elucidate the role of coenzyme A, the thiol-containing substrate for these enzymes, in delivering NO- mediated modifications specifically onto the catalytic lipoic moiety; (ii) examine the mechanistic link between such lipoic modifications with the cysteine nitrosylation on their E3 subunit; (iii) examine the reversibility of such RNS- mediated modifications of lipoic arm and the mechanism driving the recovery. We will further investigate how this mechanism regulates other lipoic arm dependent- enzymes, and elucidate the downstream effects of such regulation in cellular physiology in various RNS-producing cells (e.g. regulation of pyruvate dehydrogenase by NO can modulate histone acetylation and downstream cell functions by changing acetyl-coA availability).
项目摘要/摘要 自由基不仅仅是代谢的有毒副产品。许多细胞产生活性氧(ROS) 使用专门的酶,NADPH氧化酶(NOX)和一氧化氮,和反应性氮种(RNS)(RNS) 合成酶(NOSS)分别用于特定功能。例如,先天免疫细胞在大的 炎症期间的量,内皮细胞和神经元可以产生信号传导。罗恩斯 生产是许多生理过程的重要组成部分,以及许多疾病,包括 炎症性疾病,心血管疾病,神经退行性疾病等。我们建议研究NOX- NOS依赖性RON的产生与细胞代谢的重大重塑相结合。具体来说, 我们将解决两个关键问题:(1)如何重塑细胞代谢以使Rons产生?两个都 NOX和NOSS要求NADPH作为电子供体来驱动反应。因此,激活NOX或NOS 大大增加了细胞NADPH的需求,并且可以显着降低NADPH/NADP+氧化还原比。我们最近 发现在激活的嗜中性粒细胞中,NOX激活与代谢转移数量耦合 糖酵解循环五磷酸磷酸盐途径(葡萄糖代谢的独特模式 产量)满足这一需求。我们建议研究允许中性粒细胞完成的分子机制 如此大的代谢转换在很短的时间内,这对于他们立即安装第一个至关重要 先天免疫防御线。接下来,我们将揭示其他细胞用来为Rons供电的代谢策略 使用包括基于同位素追踪的代谢通量分析和遗传操作的方法生产。 (2)RNS的增加如何调节细胞代谢?众所周知,罗恩斯会影响细胞 通过蛋白质半胱氨酸氧化或亚硝基化的功能。有趣的是,我们最近发现诱导性 活化巨噬细胞中的RNS产生通过新型机制驱动动态代谢重塑:RNS 具体有效地使两种至关重要的线粒体酶,丙酮酸脱氢酶和 氧气脱氢酶通过E2亚基中的催化lipoic臂的共价修饰。我们寻找 了解此类RNS驱动调节的生化机制,特别是(i)阐明 辅酶A(这些酶的含硫醇的底物)的作用,在递送未介导的 专门在催化lipoic部分上进行修饰; (ii)检查这种lipoic之间的机械联系 在其E3亚基上用半胱氨酸硝基化的修饰; (iii)检查此类RNS-的可逆性 介导的Lipoic ARM的修饰和驱动恢复的机制。我们将进一步调查如何 这种机制调节其他lipoic ARM依赖性酶,并阐明了此类的下游效应 各种RN生产细胞中细胞生理的调节(例如,通过调节丙酮酸脱氢酶 不能通过改变乙酰辅酶A的可用性来调节组蛋白乙酰化和下游细胞功能。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Jing Fan其他文献

Jing Fan的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Jing Fan', 18)}}的其他基金

Dynamic Metabolic Reprogramming in Macrophages during Immune Response
免疫反应期间巨噬细胞的动态代谢重编程
  • 批准号:
    10540831
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 42.63万
  • 项目类别:

相似国自然基金

基于驾驶人行为理解的人机共驾型智能汽车驾驶权分配机制研究
  • 批准号:
    52302494
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
有条件自动驾驶汽车驾驶人疲劳演化机理与协同调控方法
  • 批准号:
    52372341
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    49.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目
人机共驾汽车驾驶风险分析及控制权智能交互机理
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    54 万元
  • 项目类别:
    面上项目
人机共驾汽车驾驶风险分析及控制权智能交互机理
  • 批准号:
    52272413
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    54.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目
定性与定量分析跟驰行驶中汽车驾驶员情感-行为交互作用机理
  • 批准号:
    71901134
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    19.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似海外基金

Studies on the impact of acetyl-cysteine on metabolism
乙酰半胱氨酸对代谢影响的研究
  • 批准号:
    10574934
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 42.63万
  • 项目类别:
Role of the ER acetyl CoA transporter in alcoholic pancreatitis
ER 乙酰 CoA 转运蛋白在酒精性胰腺炎中的作用
  • 批准号:
    10358591
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 42.63万
  • 项目类别:
Role of the ER acetyl CoA transporter in alcoholic pancreatitis
ER 乙酰 CoA 转运蛋白在酒精性胰腺炎中的作用
  • 批准号:
    10582543
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 42.63万
  • 项目类别:
Understanding Compartmentalized Leucine Metabolism Downstream of mTORC1 Signaling
了解 mTORC1 信号下游的区室化亮氨酸代谢
  • 批准号:
    10642819
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 42.63万
  • 项目类别:
Linking nucleotide and amino acid metabolism to cholesterol synthesis by MYCN
MYCN 将核苷酸和氨基酸代谢与胆固醇合成联系起来
  • 批准号:
    10468518
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 42.63万
  • 项目类别:
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了