Abnormalities of cholesterol metabolism in multiple system atrophy
多系统萎缩中胆固醇代谢异常
基本信息
- 批准号:10593570
- 负责人:
- 金额:$ 24.68万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2023
- 资助国家:美国
- 起止时间:2023-03-01 至 2025-02-28
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:AdultAffectAnabolismAstrocytesAtaxiaBiochemicalBiologyCell DeathCell membraneCell modelCellsChemicalsCholesterolCholesterol HomeostasisCoenzyme Q10DataDefectDiseaseDown-RegulationEnzymesEquilibriumEtiologyFunctional disorderGenesHomeostasisHumanImpairmentInduced pluripotent stem cell derived neuronsLinkLipidsLipoproteinsMeasuresMembraneMembrane MicrodomainsMetabolic PathwayMitochondriaMolecularMorphologyMultiple System AtrophyMutationNerve DegenerationNeurodegenerative DisordersNeuronal DysfunctionNeuronsOxidative PhosphorylationPathogenesisPathogenicityPathway interactionsPatientsProductionProteinsPublishingRegulationReportingRoleSupplementationTransferaseUbiquinoneUp-RegulationYeastscholesterol biosynthesiscofactorextracellularhydroxybenzoatemembrane activitymevalonatenew therapeutic targetnoveloverexpressionpreventtherapeutic targettraffickingultra high resolutionvirtual
项目摘要
Summary
Multiple system atrophy, or MSA, is the most common cause of adult-onset neurodegenerative ataxia, and so
far, no disease-modifying therapy has been developed. One of the reasons for this lack of therapy is that the
etiology of MSA remains unclear, though several possible mechanisms have been proposed. Defects in the
synthesis and levels of Coenzyme Q (ubiquinone, CoQ), a lipophillic molecule present in virtually all cell
membranes, represent a common phenomenon in MSA, with or without mutations in the COQ2 gene, which
encodes 4-para-hydroxybenzoate polyprenyl transferase, the second enzyme involved in CoQ10 biosynthesis.
The essential role of CoQ in mitochondrial oxidative phosphorylation has been explored in the context of
neurodegenerative disease such as MSA. However, other aspects of CoQ biology, such as its role in the
regulation of cholesterol metabolism, have not been investigated.
Cholesterol homeostasis is maintained in the cell by a tightly-regulated balance between its de novo synthesis,
and its internalization from extracellular lipoproteins. Alterations in this balance result in neuronal dysfunction.
The biosynthesis of cholesterol and CoQ are two co-regulated branches of the mevalonate pathway. As such,
stimulation of cholesterol biosynthesis also results in increases in CoQ production; thus, decrease in CoQ levels
should result in the subsequent activation of the mevalonate pathway and the de novo synthesis of cholesterol,
followed by inhibition of the internalization of extracellular cholesterol, to maintain homeostasis. We propose
that defects in CoQ biosynthesis induce cell dysfunction by alterations in cholesterol homeostasis via sustained
downregulation of cholesterol internalization (AIM 1).
Our published data showed that decrease in the internalization of cholesterol, but not its synthesis, results in
defects in the formation of mitochondria-associated ER membranes (MAM) domains, an ER lipid-raft involved in
the modulation of multiple metabolic pathways, including the regulation of lipid homeostasis. Notably, defects in
the formation of MAM domains have been observed in neurodegenerative diseases such as AD, PD and ALS.
Recently, CoQ synthesis has been shown to be regulated at MAM domains in yeast. However, whether this is
also the case in human cells it not known.
Based on our preliminary data, we propose a novel mechanism by which CoQ defects, via inhibition of
cholesterol internalization, impair the formation of MAM domains and the inhibition of the activities localized in
this domain (AIM 2).
Our results will elucidate the interplay between CoQ, cholesterol metabolism and MAM function, and its
contribution to neuronal demise in MSA, and other neurodegenerative diseases.
概括
多系统萎缩(MSA)是成人发病的神经退行性共济失调的最常见原因,因此
迄今为止,尚未开发出疾病缓解疗法。缺乏治疗的原因之一是
尽管已经提出了几种可能的机制,但 MSA 的病因仍不清楚。缺陷在
辅酶 Q(泛醌,CoQ)的合成和水平,这是一种几乎存在于所有细胞中的亲脂性分子
膜,代表 MSA 中的常见现象,无论有或没有 COQ2 基因突变,
编码 4-对羟基苯甲酸聚异戊二烯基转移酶,这是参与 CoQ10 生物合成的第二种酶。
CoQ 在线粒体氧化磷酸化中的重要作用已在以下背景下进行了探索:
神经退行性疾病,如 MSA。然而,CoQ 生物学的其他方面,例如它在
胆固醇代谢的调节,尚未研究。
细胞内的胆固醇稳态是通过其从头合成、
及其从细胞外脂蛋白的内化。这种平衡的改变会导致神经元功能障碍。
胆固醇和 CoQ 的生物合成是甲羟戊酸途径的两个共同调节的分支。像这样,
刺激胆固醇生物合成也会导致 CoQ 产量增加;因此,CoQ 水平下降
应导致甲羟戊酸途径的随后激活和胆固醇的从头合成,
其次是抑制细胞外胆固醇的内化,维持体内平衡。我们建议
CoQ 生物合成缺陷通过持续改变胆固醇稳态来诱导细胞功能障碍
胆固醇内化下调(AIM 1)。
我们发表的数据表明,胆固醇内化的减少,而不是其合成的减少,会导致
线粒体相关内质网膜(MAM)结构域(一种参与内质网脂筏的线粒体相关内质网膜)形成缺陷
多种代谢途径的调节,包括脂质稳态的调节。值得注意的是,缺陷
在 AD、PD 和 ALS 等神经退行性疾病中观察到了 MAM 结构域的形成。
最近,CoQ 合成已被证明在酵母中的 MAM 结构域受到调节。然而,这是否是
人类细胞中的情况也是如此,目前尚不清楚。
根据我们的初步数据,我们提出了一种 CoQ 缺陷的新机制,通过抑制
胆固醇内化,损害 MAM 结构域的形成并抑制局部活动
该域(AIM 2)。
我们的结果将阐明 CoQ、胆固醇代谢和 MAM 功能之间的相互作用及其
导致 MSA 和其他神经退行性疾病中神经元死亡的因素。
项目成果
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