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林圣彩教授课题组在Cell子刊揭示糖代谢调控新机

  5月5日,我校林圣彩教授课题组在Cell子刊《Molecular Cell》杂志发表了题为“ULK1/2 Constitute a Bifurcate Node Controlling Glucose Metabolic Fluxes in addition to Autophagy”的研究论文,报道了葡萄糖代谢通路调控机制方面的最新研究进展。

  葡萄糖对几乎所有生物体是最重要的提供能源的营养物质,以它为核心的多条新陈代谢通路,如糖酵解途径、磷酸戊糖途径、三羧酸循环(TCA cycle)、糖异生途径构成了细胞内部所有生物化学反应网络的主干。然而,对于这些葡萄糖代谢相关途径的调控方式的了解,目前还十分有限。

  不同于单细胞生物,多细胞生物的生长和生存依赖于环境中均衡的营养供应,这些营养包括了葡萄糖、氨基酸和生长因子等。ULK1蛋白是细胞自噬过程中的关键蛋白,它介导了细胞对于胞外营养状况的感知与应激。然而,激活状态下的ULK1是否参与了自噬过程之外的其他代谢通路的调控还很少有突破性的研究。

  通过三年多的技术攻关,该研究小组发现,在氨基酸或血清缺乏的情况下,自噬启动激酶ULK1可以直接地磷酸化葡萄糖代谢通路中的多个关键酶,包括糖酵解途径中的己糖激酶、磷酸果糖激酶、烯醇化酶以及糖异生途径中的果糖-1,6-二磷酸酶,这些酶被ULK1磷酸化修饰后,它们的酶催化活力可以发生不同程度的改变,即促进了HK的活性以及抑制了PFK1、ENO1和FBP1的活力。研究表明,这些酶在活力上的变化不仅可以最大限度地维持应激状态下的糖酵解速率,也可以使更高比例的糖代谢中间产物葡萄糖-6-磷酸流向磷酸戊糖途径,从而在整体上维持细胞内的能量与氧化还原稳态。更进一步的研究发现,ULK1在葡萄糖代谢通路上的调控作用,是一种不依赖于其在经典的自噬方面的新功能。

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图为由ULK1/2介导的糖代谢调控机制示意图

  林圣彩教授课题组长期从事于细胞信号转导及细胞代谢能量稳态的研究。近年来,该课题组潜心研究,不断攻关,取得了一系列重大成果,如揭示细胞如何应对生长因子缺乏的内在机理,发现了细胞自噬“路线图”;还发现了细胞如何感应“饥饿”信号AMP的信号传导通路;并且找到了调控细胞合成代谢与分解代谢“开关”。

  本论文中的工作揭示了在外界能量供应缺乏时,细胞通过激活ULK1来介导葡萄糖分解代谢重编程以维持胞内的能量与氧化还原稳态的详细机制,并创新地发现了ULK1独立于自噬的关键功能。基于自噬和糖代谢与人类健康的重要相关性,该研究将很可能为我们预防和治疗各类代谢疾病提供新的思路和药物靶点。

  该研究获得了国家自然科学基金重点项目、国家科技部、国家基础科学人才培养基金等的经费支持。

  

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