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.2019年3月26日;26(13):3709-3725.e7。
doi:10.1016/j.celrep.2019.02.107。

MCU介导Ca的阻断2+摄入通过PP4-依赖的AMPK去磷酸化干扰脂质代谢

附属机构

MCU介导Ca的阻断2+摄入通过PP4-依赖的AMPK去磷酸化干扰脂质代谢

Dhanendra Tomar公司等。 单元格代表. .

摘要

线粒体钙2+单转运蛋白(MCU)介导的钙2+摄取促进了还原当量的积累,这些还原当量为细胞代谢提供了氧化磷酸化的燃料。尽管MCU调节线粒体生物能量学,但其在体内能量稳态中的功能仍不明确。这里我们证明小鼠肝脏中Mcu基因的缺失(McuΔhep)CRISPR/Cas9在斑马鱼中抑制线粒体Ca2+(2+)摄取,延迟细胞溶质钙2+(c(c)2+)清除,减少氧化磷酸化,导致脂质积累增加。MCU中肝脂质升高Δhep是线粒体外钙的直接结果2+-依赖性蛋白磷酸酶-4(PP4)活性,对AMPK进行去磷酸化。AMPK的缺失可在不改变MCU介导的Ca的情况下重演肝脏脂质积聚2+吸收。此外,重组活性AMPK或PP4敲除,可提高MCU中的脂质清除率Δhep肝细胞。相反,获得功能的MCU促进了快速2+摄取,降低PP4水平,并减少肝脏脂质积聚。因此,我们的工作揭示了连接Ca的MCU/PP4/AMPK分子级联2+肝脏脂质代谢动力学。

关键词:AMPK;单片机;生物能量学;钙;糖尿病;肝细胞;脂质代谢;代谢性疾病;线粒体Ca(2+)单转运蛋白;磷酸酶。

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数字

图1。
图1.肝细胞MCU活性调节FAO-耦合线粒体呼吸
(A) MCU的生成和确认ΔhepPCR检测小鼠基因分型(左)和蛋白质印迹(右)。(B) 测量用接插灯技术的示意图MCU通道活动。(C) 代表MCU(微控制器)源自的跟踪MCU(微控制器)飞行/飞行和MCUΔhep有丝分裂体。(D)MCU(微控制器)密度(皮安/皮法拉)在有丝分裂体中。n=6。(E) 线粒体外钙的代表性微量元素2+([钙2+]外面的)渗透处理中的间隙和DJm来自MCU的肝细胞飞行/飞行和MCUΔhepn=3。(F)2+吸收率由(E)计算得出。n个=3.(G)[Ca的代表性痕迹2+]外面的从……上升MCU(微控制器)飞行/飞行和MCUΔhepn=3。(H) 量化2+添加后羰基氰化物4-(三氟甲氧基)苯腙(FCCP)来自(G)。n=3。(一) 免疫印迹法重建MCUMCU(微控制器)Δhep小鼠使用腺病毒介导的递送。n个=2.(J)重建MCU恢复[Ca2+]外面的清除能力。n=4。(K)2+摄取率根据(J)计算。n个=4.(L)MCU重建恢复矩阵Ca2+在里面MCU(微控制器)Δhep所示为代表性痕迹[加利福尼亚州2+]外面的因FCCP而上涨。n=4。(M) 量化2+之后计算从(L)中添加FCCP。n=4。(N) MCU重建可恢复MCU KO肝细胞的OCR。n个=3.(O)基础OCR、ATP-耦合OCR和最大OCR的量化来自(N)的肝细胞。n=3。(P) FAO OCR在MCU中测量飞行/飞行MCU(微控制器)Δhep使用棕榈酸盐作为底物的肝细胞不含依托莫西尔(40 mM)。n=3。(Q) 基本OCR、ATP耦合OCR和最大FAO耦合OCR的量化来自(P)。n=3。(R) 肝细胞ATP的测定。n=3。(S) 肝细胞AMP:ATP比值的测定。n=3。统计学分析:平均值±SEM。*p<0.05,**p<0.01,***p<0.001; ns,无显著性。(T) MCU肝细胞缺失示意图,显示2+和生物能量参数。
图2。
图2 MCU缺失促进肝脏脂质积聚并增加总脂肪
(A) 在24小时前后使用核磁共振和DEXA监测体重禁食的。每组n=11-12只小鼠。(B) 采用酶法测定肝脏甘油三酯。n个=每组4-6只小鼠。(C) MCU的肝脏缺失导致血浆TAG增加通过酶测定测定的空腹状态。n=5-6只/只组。(D) MCU(微控制器)Δhep小鼠血浆酮水平下降在禁食状态下,如通过酶测定所测量的。n=5只/只组。(E) 从MCU中分离出原代肝细胞飞行/飞行MCU(微控制器)Δhep小鼠,在低血糖、高糖、,以及高血糖和饥饿。脂滴由共焦显微镜。n=3。(F) (E)中脂滴数量的量化。n=3。(G) (E)中脂滴大小的量化。n个=每次分离15–30个细胞。n=3。(H) 显示大量脂质的典型电子显微照片MCU KO肝细胞中的液滴。n=每组3只小鼠。(一) 典型的组织切片图像显示大量油红OMCU KO肝染色。n 40个图像。n=3只小鼠。(J) MCU肝脏消融示意图,显示脂质增加肝脏中的沉积,随后增加了全身脂肪内容。统计分析:平均值±SEM。*p<0.05,**p<0.01,***p<0.001。
图3。
图3.MCU限值损失2+斑马鱼吸收和提高身体总脂肪
(A) 使用生成全局MCU KO斑马鱼的示意图CRISPR/案例9。(B) MCU缺失的基因分型。(C) 显示WT中MCU mRNA丰度的条形图,MCU(微控制器)+/负极、和MCU−/−斑马鱼。(D) MCU表达的Western blot。n=3。(E) 测量2+吸收。n个=5–10.(F)离子粘蛋白诱导峰的定量2+水平(E)。n=5-10。(G) 条形图,表示从MCU(微控制器)+/+、MCU+/负极、和MCU(微控制器)−/−斑马鱼。n=4。(H) 成人WT和MCU−/−斑马鱼均质和离心。MCU(微控制器)−/−斑马鱼样本在蛋白裂解物的顶部显示出一层清晰的黄色脂质层。n=6。(一) 成人WT和MCU−/−斑马鱼被染色了使用Lipid Green监测脂质在全身的分布。n=3。(J和K)条形图表示脂绿染色的定量背鳍(J)或尾鳍(K)。n=3。统计分析:平均值±SEM。*p<0.05,**p<0.01,***p<0.001。
图4。
图4.消融2+吸纳量增加c(c)2+增加AMPK去磷酸化
(A) 从MCU分离的肝细胞飞行/飞行MCU(微控制器)Δhep用放射免疫沉淀法对小鼠进行裂解(RIPA)缓冲液和免疫印迹检测所示抗体。n=6。(B) 从(A)表示pAMPK:AMPK比率的条形图。n=6。(C) 磷酸化和总CaMKK-II的免疫印迹分析。n=6.(D)AMPKα1/α2的肝细胞裂解物飞行/飞行AMPKα1/α2飞行/飞行检测Cre+小鼠的AMPKa蛋白质丰度。n=3。(E) 肝TAG水平。n=5。(F) 油红O染色法评估肝脏脂质积聚。n个=5.(G)从MCU分离的原代肝细胞飞行/飞行MCU(微控制器)Δhep小鼠感染了表达CA-AMPK的腺病毒。肝细胞用油红O染色并测量。n个=3只小鼠重复6-12次。(H) CA-AMPK重组脂质滴的可视化MCU(微控制器)Δhep肝细胞。n=3。(一) (H)中脂滴数量的量化。n个=20–30个单元格。n=3。(J) 描述MCU和AMPK磷酸化之间联系的示意图。(K) MCU中表达GCaMP6的肝细胞飞行/飞行MCU(微控制器)Δhep用thapsigargin(Tg)刺激或加压素,和c(c)2+监测动力学。n=3。(五十) 量化c(c)2+清除率来自(K)。n=15–25个单元。n=3。(M) MCU中表达GCaMP6的肝细胞飞行/飞行MCU(微控制器)Δhep用血管加压素和c(c)2+动态监测。n=3。(N) 量化c(c)2+清除率来自(M)。n=15–25个单元。n=3。(O) 从MCU分离的肝细胞飞行/飞行MCU(微控制器)Δhep用腺病毒转导成年小鼠表达c(c)2+传感器GCaMP6和基础c(c)2+荧光定量。n=74–91每组取3只小鼠的细胞。(P) 用细胞内钙处理肝细胞2+各种时间的螯合剂BAPTA-AM。对细胞裂解物进行免疫印迹显示抗体。n=4。(Q) 用BAPTA-AM处理肝细胞过夜,油红O染色定量。每组3只小鼠重复12次。(R) 对照组和BAPTA-AM处理组脂滴的可视化肝细胞。n=每组3只小鼠。(S) 对照组和BAPTA-AM处理组脂滴的定量肝细胞。n=每组20–30个细胞。n=每组3只小鼠。(T) 图解说明如何c(c)2+决定脂质清除,可能通过AMPK磷酸化。统计分析:平均值±SEM。**p<0.01,***p< 0.001.
图5。
图5 MCU KO肝细胞中的AMPK去磷酸化可能是由于PP4
(A) 用冈田酸(OA)(50 nM)处理肝细胞2小时。对细胞裂解液进行免疫印迹以检测所示抗体。n=4。(B) MCU(微控制器)飞行/飞行和MCUΔhep肝细胞用FK506(2μM)处理2小时,并对指示的抗体。n=4。(C) MCU(微控制器)飞行/飞行和MCUΔhep肝细胞用斑蝥素(50μM)处理2小时,并对其进行免疫印迹显示抗体。n=4。(D) 从MCU分离的肝细胞飞行/飞行MCU(微控制器)Δhep对小鼠进行溶血和免疫印迹显示抗体。n=4。(E) PP4蛋白质丰度的密度分析。n=4。(F) 用PP4 siRNA转染肝细胞72小时。细胞裂解物对所示抗体进行免疫印迹。n=4。(G) 用PP4-FLAG转染肝细胞48小时。细胞裂解物对所示抗体进行免疫印迹。n=4。(H–J)HepG2细胞转染AMPK-血凝素(HA)和PP4-FLAG质粒48小时。用HA免疫沉淀细胞裂解物抗体,并用指示的抗体(H)进行探测。在类似条件下(I和J),在有或无离子霉素(50 nM)刺激。进行双向免疫沉淀用HA或FLAG抗体,并用指示的抗体进行探测。n=3。(K) 杂乱(Scr)siRNA和PP4中脂滴的可视化siRNA处理的肝细胞。n=3。(五十) Scr siRNA-和PP4中脂滴的定量siRNA处理的肝细胞。n=20–30个单元。n=3。(M) 从MCU分离的肝细胞飞行/飞行MCU(微控制器)Δhep用PP4 siRNA转染成年小鼠72h.用油红色O对细胞进行染色并进行定量。n=3。(N) 描述异常的示意图c(c)2+间隙MCU KO肝细胞通过升高PP4表现出AMPK去磷酸化活动。统计分析:平均值±SEM。*p<0.05,**p<0.01,***p<0.001。
图6。
图6禁食期间肝细胞MCU-C96A显示PP4降低和肝脏脂质清除增加
(A) 用于生成MCU-C96A KI小鼠的策略示意图。右上角:MCU-C96A KI小鼠的基因分型。底部:MCU蛋白质丰度。(B) 12周龄MCU-C96A KI小鼠存活。(C) MCUC96A-KI小鼠在12周时体重减轻。n=5。(D) MCU介导的线粒体外钙2+间隙和2+吸收。n=3。(E) MCU介导2+计算摄取率来自(D)。n=3。(F) 基底的测量2+添加后FCCP公司。n=3。(G) 基础的量化2+添加后来自(F)的FCCP。n=3。(H) 线粒体呼吸链亚基的Western blot分析络合物I(NDUFB8)、络合物II(琥珀酸脱氢酶络合物铁硫B亚单位[SDHB])、复合体III(UQCRC2)、复体IV(MTCO1)和ATP合成酶亚单位ATP5A。采用MCU和TOM20作为加载控制。n=3。(一) 线粒体OCR的测量。n=3。(J) 来自(I)的基础、ATP偶联和最大OCR的测量。n个=3.对从WT和C96A-KI小鼠分离的(K)肝细胞进行裂解和探测带有指示的抗体。n=3。(五十) 根据(K)对pAMPK/AMPK比值进行密度分析。n=3。(M) 来自(K)的PP4蛋白表达的密度分析。n个=3.(N)空腹时肝脏和甘油三酯(TAG)的测量条件。这些参数的测量如图2所示。n=5。(O) 空腹条件下血浆甘油三酯(TAG)的测定。n=5。(P) 空腹条件下血浆酮体的测量。n个=5.(Q)WT和C96A-KI肝细胞脂滴的可视化。n个= 3. (R) 定量(Q)中的脂滴。n=20–30个单元。n=3。(S) 典型的组织切片图像显示血脂降低C96A-KI小鼠体内的蓄积。n=每组3只小鼠。统计分析:平均值±扫描电镜。*p<0.05,**p<0.01,***p<0.001。
图7。
图7二甲双胍激活AMPK纠正MCU KO小鼠肝脏脂质体重塑
(A) 从MCU分离的肝细胞飞行/飞行MCU(微控制器)Δhep用二甲双胍(1 mM)、AICAR(100μM)持续16小时。处理后,用探针探测细胞裂解物显示抗体。n=3。(B) 图7A中显示pAMPK定量的条形图。n个=3.(C)典型组织切片图像显示脂质清除MCU KO二甲双胍给药小鼠。n=3。(D) MCU中脂滴的可视化飞行/飞行MCU(微控制器)Δhep给予或不给予二甲双胍治疗的小鼠。n个=3.(E)(D)中脂滴的定量。n=15–30个电池每只老鼠。n=3。(F) 按照STAR方法中的描述对脂质进行分析,并对识别出的特征进行层次聚类分析。n=4。(G) 重要的前15种脂质(错误发现率[FDR]=0.001)代表各组间的相对脂质调节。y轴表示标准化值。*,MCU(微控制器)Δhep; #, 二甲双胍给药MCUΔhep.n=每组4个。统计分析:平均值±SEM。*p<0.05,**p<0.01,***p<0.001。

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