Upregulation of the AMPK-FOXO1-PDK4 pathway is a primary mechanism of pyruvate dehydrogenase activity reduction in tafazzin-deficient cells

PDK4型 丙酮酸脱氢酶复合物 下调和上调 丙酮酸脱氢酶激酶 安普克 化学 线粒体 细胞生物学 激酶 生物化学 生物 基因 蛋白激酶A
作者
Zhuqing Liang,Tyler Ralph-Epps,Michael W. Schmidtke,Pablo Lazcano,Simone Denis,Mária Balážová,Nevton Teixeira da Rosa,Mohamed Chakkour,Sanaa Hazime,Mindong Ren,Michael Schlame,Riekelt H. Houtkooper,Miriam L. Greenberg
出处
期刊:Scientific Reports [Springer Nature]
卷期号:14 (1): 11497-11497 被引量:6
标识
DOI:10.1038/s41598-024-62262-1
摘要

Abstract Barth syndrome (BTHS) is a rare disorder caused by mutations in the TAFAZZIN gene. Previous studies from both patients and model systems have established metabolic dysregulation as a core component of BTHS pathology. In particular, features such as lactic acidosis, pyruvate dehydrogenase (PDH) deficiency, and aberrant fatty acid and glucose oxidation have been identified. However, the lack of a mechanistic understanding of what causes these conditions in the context of BTHS remains a significant knowledge gap, and this has hindered the development of effective therapeutic strategies for treating the associated metabolic problems. In the current study, we utilized tafazzin-knockout C2C12 mouse myoblasts (TAZ-KO) and cardiac and skeletal muscle tissue from tafazzin-knockout mice to identify an upstream mechanism underlying impaired PDH activity in BTHS. This mechanism centers around robust upregulation of pyruvate dehydrogenase kinase 4 (PDK4), resulting from hyperactivation of AMP-activated protein kinase (AMPK) and subsequent transcriptional upregulation by forkhead box protein O1 (FOXO1). Upregulation of PDK4 in tafazzin-deficient cells causes direct phospho-inhibition of PDH activity accompanied by increased glucose uptake and elevated intracellular glucose concentration. Collectively, our findings provide a novel mechanistic framework whereby impaired tafazzin function ultimately results in robust PDK4 upregulation, leading to impaired PDH activity and likely linked to dysregulated metabolic substrate utilization. This mechanism may underlie previously reported findings of BTHS-associated metabolic dysregulation.
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