TBC1D1/14-3-3相互作用在四型葡萄糖转运体细胞质膜转移过程中的功能研究
批准号:
31271498
项目类别:
面上项目
资助金额:
80.0 万元
负责人:
陈帅
依托单位:
学科分类:
细胞信号转导
结题年份:
2016
批准年份:
2012
项目状态:
已结题
项目参与者:
王宏宇、张露露、全超、陈俏利
中文摘要
胰岛素和AMPK信号通路均可促进肌肉中四型葡萄糖转运体(GLUT4)从细胞内转移到细胞表面,从而诱导葡萄糖吸收。两种类似的RabGAP蛋白AS160和TBC1D1可能介导这两种通路对GLUT4细胞质膜转移的调控。申请人发现14-3-3蛋白会结合AS160和TBC1D1,而这分别受胰岛素和AMPK通路的调控。申请人最近证明了AS160/14-3-3的结合调控胰岛素诱导的GLUT4的细胞质膜转移,这填补了胰岛素调控的GLUT4质膜转移分子机制中的一个重要环节。关于TBC1D1/14-3-3相互作用的功能,申请人提出如下工作假设:TBC1D1/14-3-3的结合介导AMPK依赖的GLUT4细胞质膜转移,进而调控肌肉糖吸收和机体糖平衡。本申请拟利用基因敲入小鼠技术结合分子生理学手段研究这一假设,并阐明其分子机制。本项研究预期将填补AMPK通路调控的GLUT4细胞质膜转移分子机制中的一个关键环节。
英文摘要
Insulin stimulates uptake of glucose into skeletal muscle mainly through glucose transporter 4 (GLUT4) that translocates from its intracellular storage vesicles (GSVs) onto the plasma membrane upon insulin. Deregulation of this process is directly linked to the pathogenesis of type II diabetes. Besides insulin, other signals such as exercise and pharmaceutical AMPK activators (i.e. metformin,a drug for treatment of type II diabetes) can also stimulate GLUT4 translocation in an insulin-independent manner, which requires LKB1/AMPK pathway instead. Recent studies show that two related RabGAPs, AS160 and TBC1D1, may play important roles in regulating GLUT4 trafficking. AS160 and TBC1D1 are both regulated by protein phosphorylation and interaction with regulatory proteins named as 14-3-3 although some key regulatory details for these two RabGAPs are distinct. Insulin stimulates AS160 Thr642 phosphorylation and subsequently increases its interaction with 14-3-3 proteins while AMPK activators induce TBC1D1 Ser237 phosphorylation and up-regulate its binding to 14-3-3 proteins. The applicant has recently generated a kockin mouse model in which AS160 Thr642 is substituted by a non-phosphorylatable alanine, and showed that AS160 Thr642 phosphorylation and/or its binding to 14-3-3s play an important role in regulating insulin-stimulated GLUT4 trafficking in muscle and whole body glucose homeostasis. The applicant also showed that AS160 Thr642 phosphorylation and/or its binding to 14-3-3s are not required for AMPK-dependent GLUT4 trafficking and whole body glucose homeostasis. In this proposal, the applicant hypothesizes that TBC1D1 Ser237 phosphorylation and its interaction with 14-3-3s mediate AMPK-dependent GLUT4 trafficking and whole body glucose homeostasis. Towards addressing this hypothesis, a novel knockin mouse model has been generated, in which TBC1D1 Ser237 is mutated to a non-phosphorylatable alanine. This TBC1D1 knockin mouse will be scrutinised in respect of AMPK-dependent GLUT4 trafficking and whole body glucose homeostasis.
生活方式和饮食结构的改变导致近年来我国肥胖发病率急剧增加,而肥胖是诱发糖尿病、脂肪肝、高血压、心脑血管疾病等许多慢性病的重要危险因素。缺乏运动以及高能量食物摄入会改变身体内能量状态,最终导致肥胖和2型糖尿病,但这背后的分子机制尚不完全清楚。.本项目利用细胞生物学和生物化学方法结合基因工程小鼠模型,首先对能量过剩导致肥胖的分子机制进行了系统研究。腺苷酸激活的蛋白激酶(AMPK)是细胞的能量感受器:能量过剩时如缺乏运动或过多能量摄入,AMPK活性会被抑制;而能量缺乏时,AMPK会被激活。本研究发现AMPK激活可抑制细胞分泌胰岛素样生长因子-1(IGF-1)。其机制是AMPK磷酸化RabGAP蛋白TBC1D1上的丝氨酸237位点(Ser237),抑制其GAP活性,从而减少下游分子开关Rab8a的GDP装载形式;而GDP装载的Rab8a可以促进细胞分泌IGF-1。当在小鼠体内利用基因工程手段将TBC1D1上237位的丝氨酸突变为非磷酸化的丙氨酸时,IGF-1分泌增加致使小鼠中IGF1R-PKB-mTOR通路活化,进而促进生长和脂质合成,导致小鼠罹患肥胖;而肥胖又进一步致使TBC1D1Ser237Ala基因敲入小鼠发生糖尿病和脂肪肝。该研究阐明了AMPK-TBC1D1-Rab8a-IGF-1通路在体内能量状态感知与肥胖发生中的作用机制,为今后干预和治疗肥胖提供了新靶点和新思路。.另外,能量感受器AMPK可感知身体能量状态,在葡萄糖稳态维持中也起重要作用,并且它的效应不依赖于胰岛素,目前一线2型糖尿病治疗药物二甲双胍的作用靶点之一就是AMPK。在本研究中,团队利用TBC1D1Ser237Ala基因敲入小鼠,发现AMPK-TBC1D1信号通路调控骨骼肌中4型葡萄糖转运体(GLUT4)的细胞质膜转位,进而介导非胰岛素依赖的骨骼肌葡萄糖吸收。当阻断内AMPK-TBC1D1信号通路后,AMPK激动剂AICAR的降血糖效应会显著减弱。这一研究阐明了非胰岛素依赖途径AMPK调控葡萄糖稳态的新机理,为将来开发以AMPK-TBC1D1信号通路为药物靶点的2型糖尿病治疗策略提供了理论基础。.
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A Tbc1d1 Ser231Ala-knockin mutation partially impairs AICAR- but not exercise-induced muscle glucose uptake in mice
Tbc1d1 Ser231Ala 敲入突变会部分损害 AICAR,但不会损害小鼠运动诱导的肌肉葡萄糖摄取。
DOI:
10.1007/s00125-016-4151-9
发表时间:
2017-02-01
期刊:
DIABETOLOGIA
影响因子:
8.2
作者:
[Chen, Qiaoli, Xie, Bingxian, Wang, Hong Yu]
通讯作者:
Wang, Hong Yu
The Inactivation of RabGAP Function of AS160 Promotes Lysosomal Degradation of GLUT4 and Causes Postprandial Hyperglycemia and Hyperinsulinemia.
AS160 RabGAP 功能失活促进 GLUT4 溶酶体降解并引起餐后高血糖和高胰岛素血症。
DOI:
10.2337/db16-0416
发表时间:
2016
期刊:
Diabetes
影响因子:
7.7
作者:
[Xie Bingxian, Chen Qiaoli, Chen Liang, Sheng Yang, Wang Hong Yu, Chen Shuai]
通讯作者:
Chen Shuai
Disruption of the AMPK-TBC1D1 nexus increases lipogenic gene expression and causes obesity in mice via promoting IGF1 secretion
AMPK-TBC1D1 连接的破坏会增加脂肪生成基因的表达,并通过促进 IGF1 分泌导致小鼠肥胖
DOI:
10.1073/pnas.1600581113
发表时间:
2016-06-28
期刊:
PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA
影响因子:
11.1
作者:
[Chen, Liang, Chen, Qiaoli, Chen, Shuai]
通讯作者:
Chen, Shuai
AS160 deficiency causes whole-body insulin resistance via composite effects in multiple tissues.
AS160 缺陷通过多个组织的复合效应导致全身胰岛素抵抗。
DOI:
10.1042/bj20120702
发表时间:
2013-01-15
期刊:
The Biochemical journal
影响因子:
--
作者:
[Wang HY, Ducommun S, Quan C, Xie B, Li M, Wasserman DH, Sakamoto K, Mackintosh C, Chen S]
通讯作者:
Chen S
PKB-Mediated Thr649 Phosphorylation of AS160/TBC1D4 Regulates the R-Wave Amplitude in the Heart.
PKB 介导的 AS160/TBC1D4 Thr649 磷酸化调节心脏中的 R 波振幅。
DOI:
10.1371/journal.pone.0124491
发表时间:
2015
期刊:
PloS one
影响因子:
3.7
作者:
[Quan C, Xie B, Wang HY, Chen S]
通讯作者:
Chen S
共 8 条
胰岛素作用与抵抗机理
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批准号:--
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项目类别:国家杰出青年科学基金
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资助金额:400万元
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批准年份:2020
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负责人:陈帅
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依托单位:
TRIM24在葡萄糖代谢稳态中的作用与分子机制研究
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批准号:31970719
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项目类别:面上项目
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资助金额:58.0万元
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批准年份:2019
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负责人:陈帅
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依托单位:
AS160在葡萄糖代谢稳态调控中的功能及作用机理研究
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批准号:31571211
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项目类别:面上项目
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资助金额:63.0万元
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批准年份:2015
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负责人:陈帅
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依托单位:
国内基金
海外基金