Role of AMPK in Atrial Metabolic Homeostasis and Substrate Preference

安普克 下调和上调 β氧化 内科学 AMP活化蛋白激酶 脂肪酸代谢 化学 CD36 心房颤动 内分泌学 脂肪酸 糖酵解 蛋白激酶A 新陈代谢 生物 生物化学 激酶 受体 医学 基因
作者
Zeren Toksoy,Yina Ma,Leigh Goedeke,Wenxue Li,Xiaoyue Hu,Xiaohong Wu,Marine Cacheux,Yansheng Liu,Fadi G. Akar,Gerald I. Shulman,Lawrence H. Young
标识
DOI:10.1101/2024.08.29.608789
摘要

Atrial fibrillation is the most common clinical arrhythmia and may be due in part to metabolic stress. Atrial specific deletion of the master metabolic sensor, AMP-activated protein kinase (AMPK), induces atrial remodeling culminating in atrial fibrillation in mice, implicating AMPK signaling in the maintenance of atrial electrical and structural homeostasis. However, atrial substrate preference for mitochondrial oxidation and the role of AMPK in regulating atrial metabolism are unknown. Here, using LC-MS/MS methodology combined with infusions of [ 13 C 6 ]glucose and [ 13 C 4 ]β-hydroxybutyrate in conscious mice, we demonstrate that conditional deletion of atrial AMPK catalytic subunits shifts mitochondrial atrial metabolism away from fatty acid oxidation and towards pyruvate oxidation. LC-MS/MS-based quantification of acyl-CoAs demonstrated decreased atrial tissue content of long-chain fatty acyl-CoAs. Proteomic analysis revealed a broad downregulation of proteins responsible for fatty acid uptake (LPL, CD36, FABP3), acylation and oxidation. Atrial AMPK deletion reduced expression of atrial PGC1-α and downstream PGC1-α/PPARα/RXR regulated gene transcripts. In contrast, atrial [ 14 C]2-deoxyglucose uptake and GLUT1 expression increased with fasting in mice with AMPK deletion, while the expression of glycolytic enzymes exhibited heterogenous changes. Thus, these results highlight the crucial homeostatic role of AMPK in the atrium, with loss of atrial AMPK leading to downregulation of the PGC1-α/PPARα pathway and broad metabolic reprogramming with a loss of fatty acid oxidation, which may contribute to atrial remodeling and arrhythmia.
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