Circadian clock and temporal control in nutrient metabolism

昼夜节律时钟和营养代谢的时间控制

基本信息

  • 批准号:
    10754101
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 45.38万
  • 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:
    2023-09-01 至 2027-06-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Project Summary The circadian clock confers temporal control to metabolic pathways, and its disruption leads to insulin resistance and obesity. Skeletal muscle plays a critical role in nutrient metabolism and protein homeostasis. We and others demonstrated that the muscle-intrinsic clock regulates skeletal muscle development, growth, and metabolism. Despite the extensive studies of circadian regulation in glucose and lipid metabolism, there is a current knowledge gap regarding clock function in protein metabolism that determines muscle mass. In addition, although circadian misalignment is prevalent in a modern lifestyle, potential circadian etiologies underlying muscle wasting and impaired metabolic capacity remains unknown. We have identified a novel clock-driven temporal control of PI3K-Akt-mTORC1 signaling in skeletal muscle that is independent of feeding-induced activation. Surprisingly, clock disruption mimicking shiftwork resulted in progressive muscle atrophy accompanied with impaired PI3K-Akt signaling and elevated protein turnover. Furthermore, mechanistic studies revealed circadian clock transcriptional control of the Insulin/Igf-1-PI3K-Akt-mTOR signaling cascade. These findings, together with prior research support a hypothesis that that the muscle-intrinsic clock confers temporal control in PI3K-Akt-mTOR cascade to drive protein metabolism and insulin sensitivity, and this mechanism underlies circadian disruption-induced muscle atrophy and insulin resistance. The overarching goal of this project is to comprehensively define this newly discovered clock-PI3K-Akt-mTOR regulatory axis in muscle nutrient homeostasis and muscle mass regulation. Specifically, we will leverage our unique clock modulation models with multi-omics approaches to comprehensively define the molecular mechanisms responsible for and the physiological significance of the clock-Akt-mTOR regulatory axis in protein metabolism, insulin sensitivity and muscle mass maintenance. More importantly, we propose to test genetic and pharmacological clock-augmenting interventions to counteract muscle anabolic and metabolic deficits induced by clock disruption. The outcome of this proposal may uncover a circadian etiology underlying impaired metabolic capacity in sarcopenia and provide the mechanistic basis for clock-targeting interventions.
项目概要 生物钟赋予代谢途径时间控制,其破坏会导致胰岛素抵抗 和肥胖。骨骼肌在营养代谢和蛋白质稳态中起着至关重要的作用。我们和其他人 证明肌肉内在时钟调节骨骼肌的发育、生长和新陈代谢。 尽管对葡萄糖和脂质代谢的昼夜节律调节进行了广泛的研究,但目前仍存在 关于决定肌肉质量的蛋白质代谢时钟功能的知识差距。此外, 尽管昼夜节律失调在现代生活方式中很普遍,但潜在的昼夜节律病因学 肌肉萎缩和代谢能力受损仍然未知。我们已经确定了一种新颖的时钟驱动 骨骼肌中 PI3K-Akt-mTORC1 信号传导的时间控制独立于进食诱导 激活。令人惊讶的是,模仿轮班工作的时钟中断会导致进行性肌肉萎缩 伴随着 PI3K-Akt 信号传导受损和蛋白质周转率升高。此外,机理研究 揭示了胰岛素/Igf-1-PI3K-Akt-mTOR 信号级联的生物钟转录控制。这些 研究结果与之前的研究一起支持了一个假设,即肌肉内在时钟赋予时间 控制 PI3K-Akt-mTOR 级联以驱动蛋白质代谢和胰岛素敏感性,并且该机制 是昼夜节律紊乱引起的肌肉萎缩和胰岛素抵抗的基础。该项目的总体目标 就是全面定义肌肉营养中这个新发现的时钟-PI3K-Akt-mTOR调节轴 体内平衡和肌肉质量调节。具体来说,我们将利用我们独特的时钟调制模型 多组学方法全面定义负责的分子机制和 时钟-Akt-mTOR 调节轴在蛋白质代谢、胰岛素敏感性和 肌肉质量维持。更重要的是,我们建议测试遗传和药理学时钟增强 采取干预措施来抵消生物钟干扰引起的肌肉合成代谢和代谢缺陷。结果 该提议可能揭示肌肉减少症代谢能力受损的昼夜节律病因,并提供 时钟靶向干预的机制基础。

项目成果

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