Hexokinase-mitochondrial interactions regulate glucose metabolism differentially in adult and neonatal cardiac myocytes.
Hexokinase-mitochondrial interactions regulate glucose metabolism differentially in adult and neonatal cardiac myocytes.
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DOI：
10.1085/jgp.201310968
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发表时间：
2013-10
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Ribalet B
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Calmettes G;John SA;Weiss JN;Ribalet B
在哺乳动物肿瘤细胞系中，己糖激酶 (HK) 异构体定位于细胞质或线粒体已被证明可以控制其合成代谢（糖原合成）和分解代谢（糖酵解）活性。在这项研究中，我们研究了 HK 亚型差异是否可以解释正常成人和新生儿心脏组织之间显着不同的代谢特征。我们使用一套新型基因编码光学成像工具来实时跟踪离体成年 (ARVM) 和新生 (NRVM) 大鼠心室肌细胞中 HKI 和 HKII 的亚细胞分布，以及对葡萄糖利用的功能影响。我们发现 HKII 是 ARVM 中的主要亚型，响应细胞外葡萄糖的去除或碘乙酸 (IAA) 的添加，从线粒体和细胞质动态移位。相比之下，NRVM 中的主要亚型 HKI 仅与线粒体结合，不会被上述干预措施所取代。在 ARVM 中，HKI 的过度表达（而非 HKII）增加了糖酵解活性。在新生大鼠心室肌细胞 (NVRM) 中，敲低 HKI（而非 HKII）会降低糖酵解活性。总之，HKI 和 HKII 与线粒体的不同相互作用是 ARVM 和 NRVM 不同代谢特征的基础，这也是 NRVM 糖酵解活性显着增加的原因。
In mammalian tumor cell lines, localization of hexokinase (HK) isoforms to the cytoplasm or mitochondria has been shown to control their anabolic (glycogen synthesis) and catabolic (glycolysis) activities. In this study, we examined whether HK isoform differences could explain the markedly different metabolic profiles between normal adult and neonatal cardiac tissue. We used a set of novel genetically encoded optical imaging tools to track, in real-time in isolated adult (ARVM) and neonatal (NRVM) rat ventricular myocytes, the subcellular distributions of HKI and HKII, and the functional consequences on glucose utilization. We show that HKII, the predominant isoform in ARVM, dynamically translocates from mitochondria and cytoplasm in response to removal of extracellular glucose or addition of iodoacetate (IAA). In contrast, HKI, the predominant isoform in NRVM, is only bound to mitochondria and is not displaced by the above interventions. In ARVM, overexpression of HKI, but not HKII, increased glycolytic activity. In neonatal rat ventricular myocytes (NVRM), knockdown of HKI, but not HKII, decreased glycolytic activity. In conclusion, differential interactions of HKI and HKII with mitochondria underlie the different metabolic profiles of ARVM and NRVM, accounting for the markedly increased glycolytic activity of NRVM.
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