Investigating the partitioning of glucose to lipids versus respiration, an undergraduate-based approach to dissect a pivotal point of metabolic control

研究葡萄糖与脂质与呼吸的分配，这是一种基于本科生的方法来剖析代谢控制的关键点

• 批准号: 10114867
• 负责人: Julianne H. Grose
• 金额: $ 43.76万
• 依托单位: BRIGHAM YOUNG UNIVERSITY
• 依托单位国家: 美国
• 财政年份: 2012
• 资助国家: 美国
• 起止时间: 2012-03-01 至 2024-08-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://reporter.nih.gov/project-details/10114867
• 关键词: Animal Model; Animals; Binding; Binding Proteins; Biochemical Genetics; Biogenesis; Biomedical Research; Cardiovascular Diseases; Cause of Death; Cell Line; Cell Respiration; Cells; ChIP-seq; Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats; Coronary heart disease; Development; Diabetes Mellitus; Diet; Disease; Familial Hypercholesterolemia; Fatty acid glycerol esters; Fatty-acid synthase; Genetic; Genetic Transcription; Glucose; Goals; Hepatic; High Fat Diet; Human; Hyperlipidemia; Insulin; Knock-out; Lipids; Liver; Malignant Neoplasms; Mammalian Cell; Messenger RNA; Metabolic; Metabolic Control; Metabolic Diseases; Metabolic Pathway; Metabolism; Methods; Mitochondria; Molecular; Mus; Mutation; Myocardial Infarction; Neurodegenerative Disorders; Non-Insulin-Dependent Diabetes Mellitus; Pancreas; Pathway interactions; Phosphorylation; Phosphorylation Inhibition; Production; Protein-Serine-Threonine Kinases; Proteins; Regulation; Research; Resistance; Resource Allocation; Resources; Respiration; Risk Factors; SCA2 protein; Saccharomyces cerevisiae; Small Interfering RNA; Stroke; System; Techniques; Training; Triglycerides; USF1 gene; United States; Yeasts; base; biochemical tools; cardiovascular risk factor; human disease; knock-down; lipid biosynthesis; metabolic rate; novel; phosphatidylinositol 3' -kinase-associated serine kinase; respiration regulation; respiratory; stress granule; sugar; tool; transcription factor; undergraduate student; yeast genetics; yeast two hybrid system

ABSTRACT  A pivotal point in cellular resource allocation is the point at which glycolytic intermediates are  partitioned to lipid biosynthesis versus respiration. For example, hyperlipidemia occurs when  cells favor lipid biogenesis and is a major risk factor for cardiovascular disease (CVD) including  coronary heart disease, heart attack and stroke, the number one causes of death in the United  States. PAS kinase is a serine-­threonine protein kinase that is a key regulator of this pivotal  point in glucose allocation. PAS kinase-­deficient mice (PASK-­/-­) placed on a high-­fat diet or a  high-­fat high-­sugar diet are resistant to liver triglyceride accumulation and display increased  whole animal as well as cellular respiration rates when compared to their wild type littermates.  Liver triglyceride accumulation and altered metabolic rate are two primary risk factors in the  development of CVD as well as related diseases such as type II diabetes. We have recently  identified two PAS kinase substrates that may explain its regulation of this pivotal point in  metabolism, upstream stimulatory factor 1 (USF1) and Ataxin-­2.  Our hypothesis is that PAS  kinase regulates the pivotal point of partitioning glucose to lipid versus respiratory pathways  through phosphorylation of its substrates USF1 and Ataxin-­2. USF1 is a transcription factor that  directly regulates fatty acid synthase and human mutations in USF1 are associated with familial  hypercholesterolemia. PAS kinase phosphorylates and inhibits USF1 in yeast. This  phosphorylation leads to decreased respiration and increased lipid biosynthesis. Ataxin-­2, on  the other hand, associates with and sequesters mRNA and proteins to stress granules,  regulating cellular metabolism through their inhibition. PAS kinase-­dependent phosphorylation  of Ataxin-­2 activates the protein by increasing its localization to stress granules in yeast. The  focus of this proposal is to further characterize the effects of PAS kinase-­dependent  phosphorylation on the function of USF1 and Ataxin-­2 in yeast and mammalian systems. Our  long term goal is to increase our understanding of the regulation of central metabolism while  training undergraduates in scientific research, thereby identifying novel targets for the treatment  of metabolic disease. Throughout this proposal we will use the genetic and biochemical tools of  yeast to investigate diseases for which most undergraduates have a personal connection to,  namely hyperlipidemia and diabetes.

抽象的  细胞资源分配的关键点是糖酵解中间体的点  分为脂质生物合成与呼吸。 例如，高脂血症发生在以下情况：  细胞有利于脂质生物发生，是心血管疾病 (CVD) 的主要危险因素，包括  冠心病、心脏病发作和中风是美国第一大死因  国家。 PAS 激酶是一种丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶，是这一关键蛋白的关键调节因子  葡萄糖分配点。 PAS 激酶缺陷小鼠 (PASK-/-) 接受高脂肪饮食或  高脂肪高糖饮食可抵抗肝脏甘油三酯的积累并显示增加  与野生型同窝动物相比，整个动物以及细胞呼吸速率。  肝脏甘油三酯积累和代谢率改变是两个主要危险因素  CVD 以及相关疾病（例如 II 型糖尿病）的发展。 我们最近有  确定了两种 PAS 激酶底物，可以解释其对这一关键点的调节  新陈代谢、上游刺激因子 1 (USF1) 和 Ataxin-2。  我们的假设是 PAS  激酶调节将葡萄糖分配给脂质与呼吸途径的关键点  通过其底物 USF1 和 Ataxin-2 的磷酸化。 USF1 是一种转录因子  直接调节脂肪酸合酶，USF1 中的人类突变与家族性相关  高胆固醇血症。 PAS 激酶磷酸化并抑制酵母中的 USF1。 这  磷酸化导致呼吸减少和脂质生物合成增加。 Ataxin-2，上  另一方面，与应激颗粒结合并隔离 mRNA 和蛋白质，  通过抑制来调节细胞代谢。 PAS 激酶依赖性磷酸化  Ataxin-2 通过增加其在酵母中应激颗粒的定位来激活蛋白质。 这  该提案的重点是进一步表征 PAS 激酶依赖性的影响  磷酸化对酵母和哺乳动物系统中 USF1 和 Ataxin-2 功能的影响。 我们的  长期目标是增加我们对中枢代谢调节的理解，同时  对本科生进行科学研究培训，从而确定新的治疗目标  代谢疾病。 在整个提案中，我们将使用遗传和生化工具  酵母来研究与大多数本科生有个人联系的疾病，  即高脂血症和糖尿病。