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.2016年9月27日;113(39):10998-1003.
doi:10.1073/pnas.1602754113。 Epub 2016年9月12日。

E4F1控制丙酮酸脱氢酶活性必需的转录程序

附属公司

E4F1控制丙酮酸脱氢酶活性所必需的转录程序

马蒂厄·拉克鲁瓦等。 美国国家科学院程序. .

摘要

线粒体丙酮酸脱氢酶(PDH)复合体(PDC)作为一个中心代谢节点,介导丙酮酸氧化并为三羧酸循环提供燃料以满足能量需求。在这里,我们揭示了与E4转录因子1(E4F1)相关的哺乳动物丙酮酸氧化途径的另一水平调控。E4F1控制一组与丙酮酸氧化有关的四个基因[二氢硫酰胺乙酰转移酶(Dlat)、二氢硫酰脱氢酶(Dld)、线粒体丙酮酸载体1(Mpc1)和溶质载体家族25成员19(Slc25a19)],据报道在人类代谢综合征中个别突变。E4F1功能障碍导致PDH活性降低80%,丙酮酸代谢改变。横纹肌中小鼠E4f1基因失活导致存活动物表现出肌肉PDH活性低、严重耐力缺陷和慢性乳酸血症,重现了PDC缺乏患者的一些临床症状。通过药物刺激PDH或生酮饮食(PDH缺乏症的两种治疗方法)可以减弱这些表型。综上所述,这些数据表明E4F1是PDC的主调节器。

关键词:E4F1;PDH;耐力;肌肉;丙酮酸盐。

PubMed免责声明

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

数字

图1。
图1。
E4F1直接控制哺乳动物PDH活性的转录程序。(A类)E4F1 ChIP-Seq读取tMEF和小鼠ES细胞(mES)的密度德拉特,Dld(数字),Mpc1/Brp44l型,Slc25a19/DNC公司(脱氧核苷酸载体)基因,以及普达1基因作为E4F1不与之结合的代表性控制位点。图中显示了MEME确定的E4F1共有基序,箭头表示基因方向。(B)通过ChIP-qPCR分析验证这些E4F1靶基因E4f1型击倒对手和对照(CTR)tMEF,用自激Cre-retrovirus转导后3d。第8号染色体(NC1)的一个基因缺陷非编码区和普达1启动子区(TSS)作为对照。富集度表示为输入的百分比(平均值±SEM,n个= 3). (C类)通过制备的总蛋白提取物的免疫印迹测定E4F1和负载控制塔塔结合蛋白(TBP)的蛋白质水平E4f1型击倒对手,并控制tMEF。(D类)mRNA水平Dlat公司,Dld(数字),Slc25a19系列,Brp44l/Mpc1型,Pdpr公司和两个控制基因(反恐精英普达1)通过RT-qPCR分析确定E4f1型击倒对手和控制tMEF。直方图表示平均值±SEM(n个= 6). ***P(P)< 0.001; **P(P)< 0.01; *P(P)< 0.05; ns,不显著。
图2。
图2。
PDH活性受损和丙酮酸途径失调E4f1型击倒对手细胞。(A类)E4F1、DLAT、DLD、脂酰化蛋白(DLAT和DLST)、PDHE1a、MPC1/BRP44L和Tubulin(负载对照)的蛋白水平通过免疫印迹法测定E4f1型击倒对手和控制(CTR)tMEF。(B)PDH酶活性测定单位:E4f1型击倒对手和CTR tMEF。(C类)丙酮酸–AcCoA途径示意图。(D类)与丙酮酸途径相关的几种代谢物的相对水平E4f1型击倒对手和CTR tMEF,通过LC/MS测量(n个= 8). (E类)培养基中的细胞外乳酸水平E4f1型击倒对手和CTR tMEF。直方图表示平均值±SEM(n个=5)。(F类)由丙酮酸氧化产生的AcCoA和柠檬酸盐的M+2同位素相对丰度,由LC-MS测定E4f1型击倒对手和培养的CTR tMEF相匹配d日-[美]-13C] 葡萄糖30分钟或6小时(平均值±标准差,实验一式三份)。(G公司)FAO的相对水平在以下因素孵化后测量E4f1型击倒对手和CTR tMefsH-棕榈酸酯(平均值±SEM,n个= 3). **P(P)< 0.01; *P(P)< 0.05; ns,不显著。
图S1。
图S1。
的影响E4f1型PDC耗尽。(A类)E4F1、DLAT、DLD、MPC1和负载对照Tubulin的蛋白质水平,在对照或E4f1型-siRNA。(赖特)使用imageJ对这一典型实验进行量化。数据根据Tubulin水平进行标准化。(B)转染对照或E4f1 siRNA后3天,通过DipStick测定法在从tMEF制备的蛋白质提取物中测量PDH活性。直方图表示平均值±SEM(n个= 3). **P(P)< 0.01.
图S2。
图S2。
PDH缺乏的代谢后果E4f1型击倒对手细胞。(A类)用LC-MS测定了AcCoA、柠檬酸盐、葡萄糖-6磷酸盐(G6P)、果糖-6磷酸盐(F6P),果糖-1,6二磷酸(FBP),2/3磷酸甘油酯(2/3PG)的质量同位素分布(不校正天然同位素丰度)E4f1型击倒对手培养的tMefs和匹配对照细胞d日-[美]-13C] 葡萄糖30分钟、6小时或24小时(平均值±标准偏差)。(B)脂肪酸化蛋白的免疫荧光染色E4f1型击倒对手和CTR tMEF。(比例尺,50μm)(C类)通过制备的总蛋白提取物的免疫印迹法测定DLST和负载控制管蛋白的蛋白质水平E4f1型击倒对手tMEF和匹配控制单元。(D类)总ATP水平(左侧)和AMP/ATP比率(赖特)在中确定E4f1型击倒对手和控制(CTR)tMEF。直方图表示的平均值±SEMn个=3个独立实验。(E类)细胞凋亡的FACS分析E4f1型击倒对手和对照(CTR)tMEF,与FAO抑制剂埃托莫西尔孵育24小时后。直方图表示annexin-V的平均值+细胞±扫描电镜(n个=5个独立实验)。所有分析均在E4f1型击倒对手tMEF和匹配的对照细胞,用自激Cre-encoding逆转录病毒转导5天后*P(P)< 0.05.
图3。
图3。
由E4F1控制的PDH转录程序对于维持骨骼肌中的PDH活性至关重要。(A类)用E4F1抗体或与之无关的对照抗体在启动子上进行ChIP-qPCR实验德拉特,Dld(数字),溴44l/Mpc,Slc25a19系列、和预测违约概率在小鼠横纹肌中。第8号染色体(NC1)的一个基因缺陷非编码区和普达1启动子区(TSS)作为对照。富集度表示为输入的百分比(平均值±SEM,n个= 4). (B)横纹肌骨骼肌特异性的产生E4f1型击倒对手老鼠。老鼠窝藏E4f1型null和flox等位基因与Tg交叉(行动1-Cre)转基因小鼠E4f1型负极/弗洛克斯; Tg(千克)(行动1-Cre)和E4f1型+/弗洛克斯; Tg(千克)(行动1-Cre)控制室友[E4f1型KO(ACTA)公司CTL公司(ACTA)]。(C类)C介导的重组效率E4f1型通过对横纹肌、心脏和大脑基因组DNA的qPCR分析,评估体内flox等位基因。Cre介导的重组E4f1型弗洛克斯tMEF用于归一化(100%效率)。柱状图表示平均值±SEM(n个= 3). (D类)mRNA水平德拉特,Dld(数字),Slc25a19系列,Brp44l/Mpc1型,Pdpr公司和一个控制基因(Pdha1)16周龄的横纹肌E4f1型KO(ACTA)公司CTL公司(ACTA)动物。直方图表示平均值±SEM(n个=5)通过RT-qPCR测量。(E类)通过免疫印迹法测定E4F1、DLAT、DLD、MPC1/BRP44L、脂酰化蛋白、VDAC和Tubulin(负荷控制)的蛋白质水平,该蛋白质水平由与D类. (F类)DLAT的免疫荧光分析(上部)和脂肪化蛋白质(下部)在肌肉切片中E4f1型KO(ACTA)公司CTL公司(行动)动物。(比例尺,200μm)**P(P)< 0.01; *P(P)< 0.05; ns,不显著。
图S3。
图S3。
E4F1调节骨骼肌中的PDC。(A类)用抗E4F1抗体在基因启动子区进行ChIP-qPCR实验Dlat和Dld在小鼠横纹肌中E4f1型KO(ACTA)公司小鼠和CTL公司(ACTA)室友。第8号染色体(NC1)的一个基因缺陷非编码区和普达1启动子区(TSS)作为对照。富集度表示为输入百分比(平均值±SEMn个=3个独立实验)。(B)mRNA水平E4f1型,德拉特,Dld(数字),Slc25A19系列,Brp44l/Mpc1型,Pdpr公司和两个控制基因(反恐精英普达1)通过RT-qPCR分析确定E4f1型KO(ACTA)公司小鼠和CTL公司(ACTA)室友。直方图表示的平均值±SEMn个=每个实验组6只动物。(C类)16周龄婴儿心脏蛋白质提取物中测定的PDH活性(任意单位)E4f1型KO(ACTA)公司CTL公司(ACTA)动物。柱状图表示n个=每个实验组6只动物。(D类)16周龄静息腓肠肌蛋白提取物中CS活性(任意单位)的测定E4f1型KO(ACTA)公司CTL公司(ACTA)动物。直方图表示的平均值±SEMn个=2只动物*P(P)< 0.05; ns,不显著。
图S4。
图S4。
E4F1缺乏不会导致年轻人骨骼肌的形态学改变E4f1型KO(ACTA)公司但在衰老过程中会导致骨骼肌进行性紊乱和组织学改变。(A类)16周龄横纹肌矢状切面的H&E染色(左侧)或18个月(赖特)E4f1型KO(ACTA)雄性和对照组的室友。注意旧的E4f1型KO(ACTA)公司动物表现为肌吞噬细胞增多、纤维过度收缩、再生纤维集中以及脂肪细胞替代肌肉细胞的证据。(比例尺,200μm)(B)16周龄骨骼肌纤维大小分布(横截面积)E4f1型KO(ACTA)公司 控制动物。直方图表示肌纤维横截面积的平均值±SEM(任意单位)(n个=每个实验组5只雄性)。(C类)16周龄儿童的自发运动活动E4f1型KO(ACTA)雄性和对照窝友是用一个自动测量红外光束断裂的系统来确定的。直方图表示动物在24小时内通过笼中自发运动活动打破光束的次数(平均值±SEM,n个=每组5只动物)。(D类,左侧)体重E4f1型KO(ACTA)公司在4个月的时间里,对雄性和对照鼠进行了测量(赖特)直方图表示16周龄的食物摄入量E4f1型KO(ACTA)公司雄性和对照窝友,96小时以上测量(平均值±SEM,n个=每组6只动物)。(E类)肌肉分化标志物和诱导物的mRNA水平Mif6公司,Mef2c公司,MyoD公司、和肌生成素16周龄成人横纹肌RT-qPCR检测E4f1型KO(ACTA)公司和对照小鼠。直方图表示平均值±SEM(n个=每个实验组5只动物)。ns,不显著。
图4。
图4。
E4f1型骨骼肌失活导致PDH活性降低、慢性乳酸酸中毒和肌肉耐力降低。(A类B)16周龄休息时腓肠肌蛋白提取物中PDH活性的测定E4f1型KO(ACTA)公司动物和CTL公司(ACTA)使用两种不同方法(DipStick Assay)的室友(A类)或[14C] -丙酮酸氧化分析(B). CS酶活性无变化(图S3D类)用于使中的PDH活性正常化B.直方图表示的平均值±SEMn个= 5 (A类)和n个= 2 (B)独立实验。(C类)血清酮体水平E4f1型KO(ACTA)公司CTL公司(ACTA)男性。(D类)测量影响的实验设计示意图E4f1型身体耐力失活。在第一次训练课开始前2周,从饮食转变为生酮饮食或在饮用水中添加DCA。(E类)16周龄的运动表现(力竭前的跑步距离)E4f1型KO(ACTA)公司CTL公司(ACTA)动物在进食或KETO饮食或服用DCA后,通过强迫跑步机跑步进行评估。直方图表示每只动物三次独立测量的平均值±SEM(n个=每组8只雄性)。(F类)乳酸水平(血清)E4f1型KO(ACTA)CTL公司(ACTA)喂食或生酮饮食的雄性,或服用DCA后的雄性,在跑步后测量。直方图表示平均值±SEM(n个=每组8只雄性)。(G公司)在跑步后,测量了大鼠横纹肌的蛋白质提取物中PDH的活性E4f1型KO(ACTA)公司CTL公司(ACTA)男性,无论是否有DCA。直方图表示平均值±SEM(n个= 5). (小时)腓肠肌总蛋白提取物免疫印迹法检测PDHE1丝氨酸300的磷酸化水平E4F1系列KO(ACTA)公司CTL公司(行动)动物,无论是否存在DCA。HSP70蛋白作为负荷控制***P(P)< 0.001; **P(P)< 0.01; *P(P)< 0.05; ns,不显著。
图S5。
图S5。
E4F1控制红、白肌纤维中的PDC。(A类)在休息16周龄的趾长伸肌(EDL)和比目鱼肌横纹肌蛋白提取物中测定PDH活性(任意单位)E4f1型KO(ACTA)公司CTL公司(ACTA)动物,如图所示。直方图表示的平均值±SEMn个=每个实验组5只动物。(B)通过免疫印迹法测定EDL和比目鱼肌中DLAT的蛋白水平E4f1型KO(ACTA)公司CTL公司(ACTA)动物。对相同的膜进行红色胭脂红染色,以确保负载均匀(下部). *P(P)< 0.05.
图S6。
图S6。
的表型特征E4f1型KO(ACTA)公司动物。(A类)的运动性能(耗尽前的运行时间)E4f1型KO(ACTA)公司CTL公司(ACTA)男性在进食或生酮(KETO)饮食下,或在DCA存在的情况下进食,使用强迫跑步机跑步进行评估。对每只动物进行三次独立测量,间隔1天。柱状图表示n个=每个实验组8只雄性。(B)16周龄婴儿休息时血清中的乳酸水平E4f1型KO(ACTA)公司CTL公司(行动)动物。直方图表示的平均值±SEMn个=每个实验组6只动物。(C类D类)腹膜内葡萄糖耐量试验(IPGTT)(C类)和ITT(D类),于执行E4f1型KO(ACTA)公司和对照窝友(平均值±SEM,n个=每组5只雄性)。(E类)测量了大鼠腓肠肌的相对葡萄糖摄取量E4f1型KO(ACTA)公司CTL公司(ACTA)男性在剧烈运动负荷后。直方图表示的平均值±SEMn个=每个实验组4只雄性。(F类)在横纹肌(腓肠肌)组织切片上进行GLUT1免疫荧光E4f1型KO(ACTA)CTL公司(ACTA)动物。切片用DAPI复染。(比例尺,200μm)**P(P)< 0.01; *P(P)< 0.05; ns,不显著。
图5。
图5。
E4F1介导的丙酮酸代谢效应示意图。E4F1蛋白控制编码PDC核心成分或调节因子的一组基因的转录。E4F1缺乏导致PDH活性受损,糖酵解通量转向乳酸生成。老鼠E4f1型-缺乏骨骼肌表现出肌肉耐力缺陷和慢性乳酸血症。与PDC缺乏患者一样,通过生酮饮食(KETO)或PDH激活剂DCA治疗,这些缺陷可以得到部分改善。

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引用人

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