Investigating the role of PHD3 in lipid homeostasis
研究 PHD3 在脂质稳态中的作用
基本信息
- 批准号:10643900
- 负责人:
- 金额:$ 42.38万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2021
- 资助国家:美国
- 起止时间:2021-07-01 至 2025-06-30
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:5&apos-AMP-activated protein kinaseAcetyl-CoA CarboxylaseAcuteAffectBiochemicalBiological AssayBiological MarkersCatabolismCell EnergeticsCell RespirationCellsCuesDioxygenasesElementsEnergy MetabolismEnzymesExerciseExercise ToleranceFamilyFatty AcidsFatty acid glycerol estersGoalsHealthHomeostasisHumanHydroxylationHypoxia Inducible FactorKineticsKnockout MiceKnowledgeLaboratoriesLinkLipidsMammalsMediatingMetabolicMetabolismMitochondriaModelingMolecularMuscleMuscle CellsMuscle FibersMuscle functionNutrientOxygenPathway interactionsPhosphorylationPhysiologicalPhysiologyProcollagen-Proline DioxygenaseProlineProtein FamilyProteinsRecombinantsRepressionRestRoleSignal PathwaySignal TransductionSkeletal MuscleSpecificityStressTertiary Protein StructureTestingTherapeuticTissuesaddictionarmexercise capacityfatty acid metabolismfatty acid oxidationhydroxyl groupimprovedin vitro activityin vivoinnovationinsightlipid metabolismmembermetabolic fitnessmuscle metabolismmuscle physiologynew therapeutic targetnoveloxidationpersonalized medicinepreventresponsetherapeutic biomarker
项目摘要
Project Summary
Adaptation of cellular metabolism is crucial for maintaining tissue and whole-body homeostasis. In
response to low energy or stress, cells activate AMP-activated protein kinase (AMPK) to phosphorylate
acetyl-CoA carboxylase (ACC), which increases mitochondrial fatty acid oxidation (FAO) and ATP
levels. However, how FAO is downregulated in energy abundance states is not fully understood. As
pathways that drive fuel addiction may provide new therapeutic targets or biomarkers for personalized
therapy, there is a critical need to identify pathways that regulate metabolic homeostasis. We have
discovered a new nutrient-dependent signaling pathway that controls fat oxidation via a little studied
member of the prolyl hydroxylase domain protein family, PHD3. PHDs are a family of -ketoglutarate
dependent dioxygenases that hydroxylate substrate proline residues and have been linked to fuel
switching. We find that PHD3 regulates fatty acid metabolism by hydroxylating acetyl-CoA carboxylase
(ACC2), a regulator of mitochondrial FAO. In response to nutrient abundance, PHD3 activates ACC2
to inhibit catabolism of fatty acids. Since ACC2 and PHD3 are highly expressed in oxidative tissues
such as skeletal muscle, this proposal will test the hypothesis that the loss of PHD3 in skeletal muscle
deregulates energy homeostasis by preventing ACC2 hydroxylation, hence causing constitutive
mitochondrial oxidative metabolism. This proposal will test these ideas by: 1) defining the kinetics and
determining the specificity by which PHD3-mediated hydroxylation regulates ACC2, 2) defining the role
of PHD3 in nutrient signaling in skeletal muscle cell energetics, and 3) testing the physiological
relevance of PHD3 in muscle energy homeostasis in vivo. First, we will utilize recombinant purified
PHD3 to quantify the kinetic parameters of PHD3 hydroxylation of ACC2 versus HIF1. Next we will
examine the specificity of ACC2 hydroxylation by PHD1-3 (Aim 1). We will also examine the effect of
PHD3 on cellular metabolism in skeletal muscle cells in response to nutrient cues. We will examine the
necessity of AMPK, ACC2, and HIF1 signaling on the metabolic roles of PHD3 (Aim 2). Finally, we will
examine the consequences of PHD3 activity on skeletal muscle physiology in a resting state and during
acute energy challenge (Aim 3). Our overarching goal is to elucidate the molecular elements of PHD3
signaling that control cellular metabolism and to leverage these findings to ultimately develop
therapeutic strategies to promote improved muscle function and metabolic fitness.
项目概要
细胞代谢的适应对于维持组织和全身稳态至关重要。
对低能量或压力的反应,细胞激活 AMP 激活蛋白激酶 (AMPK) 进行磷酸化
乙酰辅酶A羧化酶 (ACC),可增加线粒体脂肪酸氧化 (FAO) 和 ATP
然而,粮农组织如何在能源丰富的国家下调监管尚不完全清楚。
导致燃料成瘾的途径可能为个性化治疗提供新的治疗靶点或生物标志物
治疗中,迫切需要确定调节代谢稳态的途径。
通过一些研究发现了一种新的营养依赖性信号通路,可以控制脂肪氧化
PHD3 是脯氨酰羟化酶结构域蛋白家族的成员,是 α-酮戊二酸家族。
羟基化底物脯氨酸残基并与燃料相关的依赖性双加氧酶
我们发现 PHD3 通过羟基化乙酰辅酶 A 羧化酶来调节脂肪酸代谢。
(ACC2),线粒体FAO 的调节剂 为了响应营养丰度,PHD3 激活 ACC2。
抑制脂肪酸的分解代谢,因为 ACC2 和 PHD3 在氧化组织中高度表达。
例如骨骼肌,该提案将检验骨骼肌中 PHD3 缺失的假设
通过阻止 ACC2 羟基化来解除能量稳态的调节,从而导致组成性
该提案将通过以下方式测试这些想法:1)定义动力学和
确定 PHD3 介导的羟基化调节 ACC2 的特异性,2) 定义作用
PHD3 在骨骼肌细胞能量学营养信号传导中的作用,以及 3) 测试生理学
PHD3 在体内肌肉能量稳态中的相关性首先,我们将利用重组纯化。
PHD3 来量化 ACC2 与 HIF1 的 PHD3 羟基化的动力学参数 接下来我们将。
检查 PHD1-3 对 ACC2 羟基化的特异性(目标 1)。
我们将研究 PHD3 对骨骼肌细胞代谢的影响。
AMPK、ACC2 和 HIF1α 信号传导对 PHD3 代谢作用的必要性(目标 2)。
检查静息状态下和运动期间 PHD3 活性对骨骼肌生理学的影响
急性能量挑战(目标 3)。我们的首要目标是阐明 PHD3 的分子要素。
控制细胞代谢的信号传导并利用这些发现最终开发
促进改善肌肉功能和代谢健康的治疗策略。
项目成果
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