Novel roles of PDK4 in regulating mitochondrial protein phosphorylation, carbon flux and metabolic resilience

PDK4 在调节线粒体蛋白磷酸化、碳通量和代谢弹性中的新作用

基本信息

  • 批准号:
    10604378
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 65.15万
  • 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:
    2022-04-06 至 2027-01-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

ABSTRACT This project aims to understand of how mitochondrial carbon trafficking and bioenergetics are regulated by pyruvate dehydrogenase kinase 4 (PDK4), a protein that is highly responsive to nutrient and energetic cues and one that has received much attention as a potential therapeutic target. PDK4 is a member of a family of pyruvate dehydrogenase kinase enzymes (PDK1-4) that phosphorylate and inactive the mitochondrial pyruvate dehydrogenase complex (PDC). By converting pyruvate to acetyl-CoA, the PDC connects glycolysis to the tricarboxylic acid cycle (TCAC), which generates reducing equivalents needed for ATP synthesis. Notably, PDK4 is one of the most robustly induced genes/proteins in response to acute energy stresses–such as fasting, exercise and consumption of a high fat meal. PDK4 is also strongly induced by acute exposure to fatty acids and/or other ligands that activate the PPAR family of transcription factors. This remarkable level of nutrient/energy-induced regulation is unique to PDK4 (as compared with PDKs1-3), raising the possibility that PDK4 has distinct metabolic functions. The major conceptual innovation and central premise of this proposal stems from new and exciting evidence from our laboratory that PDK4 phosphorylates and regulates proteins beyond the PDC. Preliminary studies used mass spectrometry-based proteomics to assess the phospho- proteome of hearts and/or skeletal muscles from mice in which the PDK4 gene was overexpressed or ablated. In aggregate, the findings support a working model wherein PDK4 phosphorylates and regulates multiple mitochondrial enzymes and proteins in response to lipid stress. Accordingly, the project seeks to test hypothesis that PDK4 plays a central role in mediating lipid-induced phosphorylation of mitochondrial proteins beyond the PDC, which in turn modulates carbon trafficking and bioenergetics in manner that confers metabolic resilience. To test this hypothesis, we will combine gain- and loss-of-function mouse models with several state-of-the-art molecular profiling tools (mass spectrometry-based proteomics, phospho-proteomics, metabolomics and stable isotope metabolic flux analysis), a sophisticated mitochondrial diagnostics platform, and comprehensive physiological assessments to delineate the PDK4 interactome and its critical physiological functions.
抽象的 该项目旨在了解线粒体碳贩运和生物能学如何受到 丙酮酸脱氢酶激酶4(PDK4),一种对养分和能量提示的敏感性高度敏感的蛋白 作为潜在的治疗靶点,人们非常关注。 PDK4是丙酮酸家族的成员 脱氢酶激酶激酶(PDK1-4),磷酸化和无活性线粒体丙酮酸 脱氢酶复合物(PDC)。通过将丙酮酸转化为乙酰辅酶A,PDC将糖酵解连接到 三核酸周期(TCAC),它产生了ATP合成所需的还原等效物。值得注意的是,PDK4 是响应急性能量应力(例如禁食),是最强诱导的基因/蛋白质之一 锻炼和消费高脂饭。急性暴露于脂肪酸也强烈诱导了PDK4 和/或其他激活PPAR转录因子家族的配体。这个了不起的水平 营养/能量诱导的调节是PDK4独有的(与PDKS1-3相比),从而提高了可能性的可能性。 PDK4具有不同的代谢功能。该提案的主要概念创新和中心前提 来自我们实验室的新的令人兴奋的证据,这些证据pdk4磷酸化和调节蛋白质 超越PDC。初步研究使用基于质谱的蛋白质组学来评估磷酸 PDK4基因过表达或消融的小鼠的心脏和/或骨骼肌的蛋白质组。 在汇总中,这些发现支持一个工作模型,其中PDK4磷酸化并调节多个 线粒体酶和蛋白质响应脂质应激。据该项目旨在检验假设 PDK4在介导脂质诱导的线粒体蛋白的磷酸化中起着核心作用 PDC又以供应代谢弹性的方式调节碳贩运和生物能力。 为了检验这一假设,我们将结合功能和功能丧失的小鼠模型与几个最先进的模型 分子分析工具(基于质谱的蛋白质组学,磷酸蛋白质组学,代谢组学和稳定 同位素代谢通量分析),一个复杂的线粒体诊断平台,综合 生理评估以描绘PDK4相互作用组及其关键生理功能。

项目成果

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数据更新时间:2024-06-01

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    E. K. Keenan;Akshay Bareja;Yannie Lam;Paul A. Grimsrud;M. Hirschey
  • 通讯作者:
    M. Hirschey
    M. Hirschey
共 1 条
  • 1
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