Serine synthesis pathway enzyme PHGDH is critical for muscle cell biomass, anabolic metabolism, and mTORC1 signaling

mTORC1型 磷酸戊糖途径 肌发生 生物 生物化学 糖酵解 C2C12型 细胞生长 丝氨酸 信号转导 细胞生物学 PI3K/AKT/mTOR通路 心肌细胞 新陈代谢
作者
Sakari Mäntyselkä,Kalle Kolari,Philipp Baumert,Laura Ylä‐Outinen,Lauri Kuikka,Suvi Lahtonen,Perttu Permi,Henning Wackerhage,Elina Kalenius,Riikka Kivelä,Juha J. Hulmi
出处
期刊:American Journal of Physiology-endocrinology and Metabolism [American Physiological Society]
卷期号:326 (1): E73-E91 被引量:7
标识
DOI:10.1152/ajpendo.00151.2023
摘要

Cells use glycolytic intermediates for anabolism, e.g., via the serine synthesis and pentose phosphate pathways. However, we still understand poorly how these metabolic pathways contribute to skeletal muscle cell biomass generation. The first aim of this study was therefore to identify enzymes that limit protein synthesis, myotube size, and proliferation in skeletal muscle cells. We inhibited key enzymes of glycolysis, the pentose phosphate pathway, and the serine synthesis pathway to evaluate their importance in C2C12 myotube protein synthesis. Based on the results of this first screen, we then focused on the serine synthesis pathway enzyme phosphoglycerate dehydrogenase (PHGDH). We used two different PHGDH inhibitors and mouse C2C12 and human primary muscle cells to study the importance and function of PHGDH. Both myoblasts and myotubes incorporated glucose-derived carbon into proteins, RNA, and lipids, and we showed that PHGDH is essential in these processes. PHGDH inhibition decreased protein synthesis, myotube size, and myoblast proliferation without cytotoxic effects. The decreased protein synthesis in response to PHGDH inhibition appears to occur mainly mechanistic target of rapamycin complex 1 (mTORC1)-dependently, as was evident from experiments with insulin-like growth factor 1 and rapamycin. Further metabolomics analyses revealed that PHGDH inhibition accelerated glycolysis and altered amino acid, nucleotide, and lipid metabolism. Finally, we found that supplementing an antioxidant and redox modulator,
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