scholarly journals Loss of AMP-Activated Protein Kinase Induces Mitochondrial Dysfunction and Proinflammatory Response in Unstimulated Abcd1-Knockout Mice Mixed Glial Cells

2015 ◽  
Vol 2015 ◽  
pp. 1-10 ◽  
Author(s):  
Jaspreet Singh ◽  
Hamid Suhail ◽  
Shailendra Giri

X-linked adrenoleukodystrophy (X-ALD) is caused by mutations and/or deletions in the ABCD1 gene. Similar mutations/deletions can give rise to variable phenotypes ranging from mild adrenomyeloneuropathy (AMN) to inflammatory fatal cerebral adrenoleukodystrophy (ALD) via unknown mechanisms. We recently reported the loss of the anti-inflammatory protein adenosine monophosphate activated protein kinase (AMPKα1) exclusively in ALD patient-derived cells. X-ALD mouse model (Abcd1-knockout (KO) mice) mimics the human AMN phenotype and does not develop the cerebral inflammation characteristic of human ALD. In this study we document that AMPKα1 levelsin vivo(in brain cortex and spinal cord) andin vitroin Abcd1-KO mixed glial cells are similar to that of wild type mice. Deletion of AMPKα1 in the mixed glial cells of Abcd1-KO mice induced spontaneous mitochondrial dysfunction (lower oxygen consumption rate and ATP levels). Mitochondrial dysfunction in ALD patient-derived cells and in AMPKα1-deleted Abcd1-KO mice mixed glial cells was accompanied by lower levels of mitochondrial complex (1-V) subunits. More importantly, AMPKα1 deletion induced proinflammatory inducible nitric oxide synthase levels in the unstimulated Abcd1-KO mice mixed glial cells. Taken together, this study provides novel direct evidence for a causal role for AMPK loss in the development of mitochondrial dysfunction and proinflammatory response in X-ALD.

2012 ◽  
Author(s):  
Ολυμπία Πικίου

Η μετφορμίνη, ένα παράγωγο της διγουανίδης, χρησιμοποιείται ως θεραπεία του σακχαρώδη διαβήτη τύπου 2 και στη θεραπεία του PCOS. Οι κύριες δράσεις της μετφορμίνης είναι η αναστολή της παραγωγής γλυκόζης από το ήπαρ και η μείωση της αντίστασης στην ινσουλίνη από περιφερικούς ιστούς, οδηγώντας σε αυξημένη πρόσληψη και χρήση της γλυκόζης από τους σκελετικούς μυς. Ο κύριος διαμεσολαβητής της δράσης της μετφορμίνης είναι η AMPK [AMP-activated protein kinase: πρωτεϊνική κινάση που ενεργοποιείται από την AMP (μονοφωσφορική αδενοσίνη)]. Η AMPK είναι ο κεντρικός αισθητήρας των επιπέδων ενέργειας στο κύτταρο, ο οποίος ανταποκρίνεται στην αύξηση του λόγου AMP/ATP (adenosine monophosphate/adenosine triphosphate: μονοφωσφορική/τριφωσφορική αδενοσίνη). Μελέτες σε ωοκύτταρα βοοειδών έχουν δείξει ότι η ενεργοποίηση της AMPK από τη μετφορμίνη σε υψηλές συγκεντρώσεις της τάξεως των mM ελέγχει την πυρηνική ωρίμανση. Το TSC2 (tuberous sclerosis complex 2: σύμπλεγμα οζώδους σκλήρυνσης 2) έχει αναγνωριστεί ως ο κατωφερής στόχος της AMPK. Σκοπός της παρούσης μελέτης ήταν η διερεύνηση της επίδρασης χαμηλών συγκεντρώσεων μετφορμίνης (1nM-10μΜ) (i) στη δημιουργία εμβρύων βοοειδών από συμπλέγματα ωοκυττάρου-ωοφόρου δίσκου, (ii) το ρυθμό διαίρεσης των εμβρύων και, (iii) την πιθανή ενεργοποίηση του TSC2 μέσω της AMPK. Τα συμπλέγματα ωοκυττάρου-ωοφόρου δίσκου ωρίμαζαν in vitro, γονιμοποιούνταν με αναβιωμένα σπερματοζωάρια ταύρου και τα ζυγωτά καλλιεργούνταν συνολικά για 72 ώρες μετά τη σπερματέγχυση. Η μετφορμίνη χορηγήθηκε σε όλα τα στάδια της παραγωγής των εμβρύων ή μόνο κατά το στάδιο της γονιμοποίησης. Προκειμένου να διερευνηθεί η παρουσία της TSC2 κατά τα πρώτα στάδια ανάπτυξης των εμβρύων και η πιθανή ενεργοποίηση του μορίου αυτού μέσω της AMPK πραγματοποιήθηκαν πειράματα ανοσοφθορισμού. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα μας, η χορήγηση της μετφορμίνης είχε δοσο-εξαρτώμενη επίδραση στο ρυθμό διαίρεσης των εμβρύων. Συγκεκριμένα, παρουσία μετφορμίνης σε όλα τα στάδια της in vitro παραγωγής εμβρύων σε συγκέντρωση 1μΜ και 10μΜ ή μόνο στο στάδιο της in vitro γονιμοποίησης σε συγκέντρωση 0,1μΜ και 10μΜ, το ποσοστό των εμβρύων που έφτασαν στο στάδιο των ≥8-κυττάρων παρουσίασε στατιστικώς σημαντική μείωση, σε σχέση με αυτό της ομάδας ελέγχου. Η μείωση αυτή στο ποσοστό των εμβρύων ≥8-κυττάρων συνοδεύτηκε από αύξηση του ποσοστού των εμβρύων 2-κυττάρων. Η μετφορμίνη δεν είχε καμία επίδραση στο ποσοστό των ωοκυττάρων που εξελίχθηκαν σε έμβρυα. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα μας, το TSC2 εκφράζεται κατά τα πρώτα στάδια ανάπτυξης των εμβρύων βοοειδών. Επιπλέον διαπιστώθηκε ότι, η χορήγηση 10μΜ μετφορμίνης είτε σε όλα τα στάδια της in vitro παραγωγής εμβρύων ή μόνο κατά το στάδιο της in vitro γονιμοποίησης είχε ως αποτέλεσμα την ενεργοποίηση του TSC2 μέσω της AMPK. Συγκεκριμένα διαπιστώθηκε ότι, τα επίπεδα του φωσφορυλιωμένου TSC2, μετά τη χορήγηση μετφορμίνης, αντιστοιχούν στην ολική ποσότητα TSC2 πρωτεΐνης στα κύτταρα γεγονός που προκύπτει τόσο από την αύξηση της PhosphoS1387-TSC2-ανοσοδραστικότητας όσο και από την αύξηση του λόγου PhosphoS1387-TSC2 : ολική TSC2 η οποία παρατηρήθηκε. Τα αποτελέσματα της παρούσης διατριβής υποδεικνύουν για πρώτη φορά ότι, η μετφορμίνη δεν έχει καμία επίδραση στο ποσοστό των ωοκυττάρων που εξελίσσονται σε έμβρυα και κατά συνέπεια δεν επηρεάζει την ωρίμανση των ωοκυττάρων όταν χορηγείται σε συγκεντρώσεις της τάξεως των μM. Εντούτοις, η μετφορμίνη σε αυτές τις συγκεντρώσεις έχει αρνητική δοσο-εξαρτώμενη επίδραση στο ρυθμό διαίρεσης των εμβρύων βοοειδών. Η δράση αυτή της μετφορμίνης στο ρυθμό διαίρεσης των εμβρύων είναι η ίδια είτε το φάρμακο χορηγείται καθ' όλη τη διάρκεια της in vitro παραγωγής των εμβρύων είτε μόνο κατά το στάδιο της in vitro γονιμοποίησης. Επιπλέον, δεδομένου ότι η μετφορμίνη είναι ενεργοποιητής της ΑΜΡΚ, τα αποτελέσματα μας σηματοδοτούν τη σπουδαιότητα της ρύθμισης της δραστηριότητας της ΑΜΡΚ κατά τα πρώτα στάδια ανάπτυξης των εμβρύων και δείχνουν ότι κάθε μεταβολή των επιπέδων δραστηριότητας του ενζύμου αυτού μπορεί να έχει αρνητική επίδραση στην ανάπτυξη των εμβρύων. Τέλος, από τα αποτελέσματα μας μπορεί να συναχθεί ότι το μοριακό μονοπάτι το οποίο εμπλέκεται στη μείωση του ρυθμού διαίρεσης των εμβρύων από τη μετφορμίνη περιλαμβάνει την ενεργοποίηση του TSC2 από την ΑΜΡΚ.


2005 ◽  
Vol 288 (5) ◽  
pp. H2412-H2421 ◽  
Author(s):  
Markus Frederich ◽  
Li Zhang ◽  
James A. Balschi

The hypothesis was tested that hypoxia increases AMP-activated protein kinase (AMPK) activity independently of AMP concentration ([AMP]) in heart. In isolated perfused rat hearts, cytosolic [AMP] was changed from 0.2 to 16 μM using metabolic inhibitors during both normal oxygenation (95% O2-5% CO2, normoxia) and limited oxygenation (95% N2-5% CO2, hypoxia). Total AMPK activity measured in vitro ranged from 2 to 40 pmol·min−1·mg protein−1 in normoxic hearts and from 5 to 55 pmol·min−1·mg protein−1 in hypoxic hearts. The dependence of the in vitro total AMPK activity on the in vivo cytosolic [AMP] was determined by fitting the measurements from individual hearts to a hyperbolic equation. The [AMP] resulting in half-maximal total AMPK activity ( A0.5) was 3 ± 1 μM for hypoxic hearts and 28 ± 13 μM for normoxic hearts. The A0.5 for α2-isoform AMPK activity was 2 ± 1 μM for hypoxic hearts and 13 ± 8 μM for normoxic hearts. Total AMPK activity correlated with the phosphorylation of the Thr172 residue of the AMPK α-subunit. In potassium-arrested hearts perfused with variable O2 content, α-subunit Thr172 phosphorylation increased at O2 ≤ 21% even though [AMP] was <0.3 μM. Thus hypoxia or O2 ≤ 21% increased AMPK phosphorylation and activity independently of cytosolic [AMP]. The hypoxic increase in AMPK activity may result from either direct phosphorylation of Thr172 by an upstream kinase or reduction in the A0.5 for [AMP].


2019 ◽  
Vol 2019 ◽  
pp. 1-29 ◽  
Author(s):  
Chen-chen Cai ◽  
Jiang-hu Zhu ◽  
Li-xia Ye ◽  
Yuan-yuan Dai ◽  
Ming-chu Fang ◽  
...  

Hypoxic-ischemic encephalopathy (HIE) is detrimental to newborns and is associated with high mortality and poor prognosis. Thus, the primary aim of the present study was to determine whether glycine could (1) attenuate HIE injury in rats and hypoxic stress in PC12 cells and (2) downregulate mitochondria-mediated autophagy dependent on the adenosine monophosphate- (AMP-) activated protein kinase (AMPK) pathway. Experiments conducted using an in vivo HIE animal model and in vitro hypoxic stress to PC12 cells revealed that intense autophagy associated with mitochondrial function occurred during in vivo HIE injury and in vitro hypoxic stress. However, glycine treatment effectively attenuated mitochondria-mediated autophagy. Additionally, after identifying alterations in proteins within the AMPK pathway in rats and PC12 cells following glycine treatment, cyclosporin A (CsA) and 5-aminoimidazole-4-carboxamide-1-b-4-ribofuranoside (AICAR) were administered in these models and indicated that glycine protected against HIE and CoCl2 injury by downregulating mitochondria-mediated autophagy that was dependent on the AMPK pathway. Overall, glycine attenuated hypoxic-ischemic injury in neurons via reductions in mitochondria-mediated autophagy through the AMPK pathway both in vitro and in vivo.


2011 ◽  
Vol 32 (2) ◽  
pp. 197-209 ◽  
Author(s):  
Yugo Tsuchiya ◽  
Fiona C. Denison ◽  
Richard B. Heath ◽  
David Carling ◽  
David Saggerson

In adult rat cardiac myocytes adrenaline decreased AMPK (AMP-activated protein kinase) activity with a half-time of approximately 4 min, decreased phosphorylation of AMPK (α-Thr172) and decreased phosphorylation of ACC (acetyl-CoA carboxylase). Inactivation of AMPK by adrenaline was through both α1- and β-ARs (adrenergic receptors), but did not involve cAMP or calcium signalling, was not blocked by the PKC (protein kinase C) inhibitor BIM I (bisindoylmaleimide I), by the ERK (extracellular-signal-regulated kinase) cascade inhibitor U0126 or by PTX (pertussis toxin). Adrenaline caused no measurable change in LKB1 activity. Adrenaline decreased AMPK activity through a process that was distinct from AMPK inactivation in response to insulin or PMA. Neither adrenaline nor PMA altered the myocyte AMP:ATP ratio although the adrenaline effect was attenuated by oligomycin and by AICAR (5-amino-4-imidazolecarboxamide-1-β-D-ribofuranoside), agents that mimic ‘metabolic stress’. Inactivation of AMPK by adrenaline was abolished by 1 μM okadaic acid suggesting that activation of PP2A (phosphoprotein phosphatase 2A) might mediate the adrenaline effect. However, no change in PP2A activity was detected in myocyte extracts. Adrenaline increased phosphorylation of the AMPK β-subunit in vitro but there was no detectable change in vivo in phosphorylation of previously identified AMPK sites (β-Ser24, β-Ser108 or β-Ser182) suggesting that another site(s) is targeted.


Circulation ◽  
2006 ◽  
Vol 114 (24) ◽  
pp. 2655-2662 ◽  
Author(s):  
Wei Sun ◽  
Tzong-Shyuan Lee ◽  
Minjia Zhu ◽  
Chunang Gu ◽  
Yinsheng Wang ◽  
...  

2016 ◽  
Vol 130 (17) ◽  
pp. 1523-1533 ◽  
Author(s):  
Chun-Yin Huang ◽  
An-Chen Chang ◽  
Hsien-Te Chen ◽  
Shih-Wei Wang ◽  
Yuan-Shun Lo ◽  
...  

Chondrosarcoma is the second most frequently occurring type of bone malignancy characterized by distant metastatic propensity. Vascular endothelial growth factor-C (VEGF-C) is the major lymphangiogenic factor, and makes crucial contributions to tumour lymphangiogenesis and lymphatic metastasis. Adiponectin is a protein hormone secreted predominantly by differentiated adipocytes. In recent years, adiponectin has also been indicated as facilitating tumorigenesis, angiogenesis and metastasis. However, the effect of adiponectin on VEGF-C regulation and lymphangiogenesis in chondrosarcoma has remained largely a mystery. In the present study, we have shown a clinical correlation between adiponectin and VEGF-C, as well as tumour stage, in human chondrosarcoma tissues. We further demonstrated that adiponectin promoted VEGF-C expression and secretion in human chondrosarcoma cells. The conditioned medium from adiponectin-treated cells significantly induced tube formation and migration of human lymphatic endothelial cells. In addition, adiponectin knock down inhibited lymphangiogenesis in vitro and in vivo. We also found that adiponectin-induced VEGF-C is mediated by the calmodulin-dependent protein kinase II (CaMKII), AMP-activated protein kinase (AMPK) and p38 signaling pathway. Furthermore, the expression of miR-27b was negatively regulated by adiponectin via the CaMKII, AMPK and p38 cascade. The present study is the first to describe the mechanism of adiponectin-promoted lymphangiogenesis by up-regulating VEGF-C expression in chondrosarcomas. Thus, adiponectin could serve as a therapeutic target in chondrosarcoma metastasis and lymphangiogenesis.


Bone ◽  
2010 ◽  
Vol 47 ◽  
pp. S44
Author(s):  
M. Shah⁎ ◽  
A. Bataveljic ◽  
T.R. Arnett ◽  
B. Viollet ◽  
L.K. Saxon ◽  
...  

2006 ◽  
Vol 281 (43) ◽  
pp. 32207-32216 ◽  
Author(s):  
Marianne Suter ◽  
Uwe Riek ◽  
Roland Tuerk ◽  
Uwe Schlattner ◽  
Theo Wallimann ◽  
...  

AMP-activated protein kinase (AMPK) is a heterotrimeric protein kinase that is crucial for cellular energy homeostasis of eukaryotic cells and organisms. Here we report on the activation of AMPK α1β1γ1 and α2β2γ1 by their upstream kinases (Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase kinase-β and LKB1-MO25α-STRADα), the deactivation by protein phosphatase 2Cα, and on the extent of stimulation of AMPK by its allosteric activator AMP, using purified recombinant enzyme preparations. An accurate high pressure liquid chromatography-based method for AMPK activity measurements was established, which allowed for direct quantitation of the unphosphorylated and phosphorylated artificial peptide substrate, as well as the adenine nucleotides. Our results show a 1000-fold activation of AMPK by the combined effects of upstream kinase and saturating concentrations of AMP. The two AMPK isoforms exhibit similar specific activities (6 μmol/min/mg) and do not differ significantly by their responsiveness to AMP. Due to the inherent instability of ATP and ADP, it proved impossible to assay AMPK activity in the absolute absence of AMP. However, the half-maximal stimulatory effect of AMP is reached below 2 μm. AMP does not appear to augment phosphorylation by upstream kinases in the purified in vitro system, but deactivation by dephosphorylation of AMPK α-subunits at Thr-172 by protein phosphatase 2Cα is attenuated by AMP. Furthermore, it is shown that neither purified NAD+ nor NADH alters the activity of AMPK in a concentration range of 0–300 μm, respectively. Finally, evidence is provided that ZMP, a compound formed in 5-aminoimidazole-4-carboxamide-1-β-d-ribofuranoside-treated cells to activate AMPK in vivo, allosterically activates purified AMPK in vitro, but compared with AMP, maximal activity is not reached. These data shed new light on physiologically important aspects of AMPK regulation.


2009 ◽  
Vol 30 (3) ◽  
pp. 480-492 ◽  
Author(s):  
Jun Li ◽  
Louise D McCullough

AMP-activated protein kinase (AMPK) is a serine threonine kinase that is highly conserved through evolution. AMPK is found in most mammalian tissues including the brain. As a key metabolic and stress sensor/effector, AMPK is activated under conditions of nutrient deprivation, vigorous exercise, or heat shock. However, it is becoming increasingly recognized that changes in AMPK activation not only signal unmet metabolic needs, but also are involved in sensing and responding to ‘cell stress’, including ischemia. The downstream effect of AMPK activation is dependent on many factors, including the severity of the stressor as well as the tissue examined. This review discusses recent in vitro and in vivo studies performed in the brain/neuronal cells and vasculature that have contributed to our understanding of AMPK in stroke. Recent data on the potential role of AMPK in angiogenesis and neurogenesis and the interaction of AMPK with 3-hydroxy-3-methy-glutaryl-CoA reductase inhibitors (statins) agents are highlighted. The interaction between AMPK and nitric oxide signaling is also discussed.


Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document