Metabolic Bypass Rescues Aberrant S‐nitrosylation‐Induced TCA Cycle Inhibition and Synapse Loss in Alzheimer's Disease Human Neurons

柠檬酸循环 氧化磷酸化 线粒体 糖酵解 生物 生物化学 细胞生物学 S-亚硝基化 粒线体疾病 新陈代谢 线粒体DNA 半胱氨酸 基因
作者
Alexander Y. Andreyev,Hongmei Yang,Paschalis‐Thomas Doulias,Nima Dolatabadi,Xu Zhang,Melissa Luevanos,Mayra Blanco,Christine Baal,I Made Harimbawa Putra,Tomohiro Nakamura,Harry Ischiropoulos,Steven R. Tannenbaum,Stuart A. Lipton
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:11 (12) 被引量:4
标识
DOI:10.1002/advs.202306469
摘要

In Alzheimer's disease (AD), dysfunctional mitochondrial metabolism is associated with synaptic loss, the major pathological correlate of cognitive decline. Mechanistic insight for this relationship, however, is still lacking. Here, comparing isogenic wild-type and AD mutant human induced pluripotent stem cell (hiPSC)-derived cerebrocortical neurons (hiN), evidence is found for compromised mitochondrial energy in AD using the Seahorse platform to analyze glycolysis and oxidative phosphorylation (OXPHOS). Isotope-labeled metabolic flux experiments revealed a major block in activity in the tricarboxylic acid (TCA) cycle at the α-ketoglutarate dehydrogenase (αKGDH)/succinyl coenzyme-A synthetase step, metabolizing α-ketoglutarate to succinate. Associated with this block, aberrant protein S-nitrosylation of αKGDH subunits inhibited their enzyme function. This aberrant S-nitrosylation is documented not only in AD-hiN but also in postmortem human AD brains versus controls, as assessed by two separate unbiased mass spectrometry platforms using both SNOTRAP identification of S-nitrosothiols and chemoselective-enrichment of S-nitrosoproteins. Treatment with dimethyl succinate, a cell-permeable derivative of a TCA substrate downstream to the block, resulted in partial rescue of mitochondrial bioenergetic function as well as reversal of synapse loss in AD-hiN. These findings have therapeutic implications that rescue of mitochondrial energy metabolism can ameliorate synaptic loss in hiPSC-based models of AD.
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