Reciprocal Regulation of Cardiac β-Oxidation and Pyruvate Dehydrogenase by Insulin

丙酮酸脱氢酶复合物 胰岛素 互惠的 化学 内科学 医学 生物化学 哲学 语言学
作者
Abdallah Elnwasany,Monika Mizerska,Monika Mizerska,Monika Mizerska,Monika Mizerska,Chai-Wan Kim,Monika Mizerska,Shawn C. Burgess,Beverly A. Rothermel,Monika Mizerska,Luke I. Szweda
出处
期刊:Journal of Biological Chemistry [Elsevier BV]
卷期号:300 (7): 107412-107412
标识
DOI:10.1016/j.jbc.2024.107412
摘要

The heart alters the rate and relative oxidation of fatty acids and glucose based on availability and energetic demand. Insulin plays a crucial role in this process diminishing fatty acid and increasing glucose oxidation when glucose availability increases. Loss of insulin sensitivity and metabolic flexibility can result in cardiovascular disease. It is therefore important to identify mechanisms by which insulin regulates substrate utilization in the heart. Mitochondrial pyruvate dehydrogenase (PDH) is the key regulatory site for the oxidation of glucose for ATP production. Nevertheless, the impact of insulin on PDH activity has not been fully delineated, particularly in the heart. We sought in vivo evidence that insulin stimulates cardiac PDH and that this process is driven by the inhibition of fatty acid oxidation. Mice injected with insulin exhibited dephosphorylation and activation of cardiac PDH. This was accompanied by an increase in the content of malonyl-CoA, an inhibitor of carnitine palmitoyltransferase 1 (CPT1), and, thus, mitochondrial import of fatty acids. Administration of the CPT1 inhibitor oxfenicine was sufficient to activate PDH. Malonyl-CoA is produced by acetyl-CoA carboxylase (ACC). Pharmacologic inhibition or knockout of cardiac ACC diminished insulin-dependent production of malonyl-CoA and activation of PDH. Finally, circulating insulin and cardiac glucose utilization exhibit daily rhythms reflective of nutritional status. We demonstrate that time-of-day-dependent changes in PDH activity are mediated, in part, by ACC-dependent production of malonyl-CoA. Thus, by inhibiting fatty acid oxidation, insulin reciprocally activates PDH. These studies identify potential molecular targets to promote cardiac glucose oxidation and treat heart disease.

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