Brain-specific suppression of AMPKα2 isoform impairs cognition and hippocampal LTP by PERK-mediated eIF2α phosphorylation

安普克 长时程增强 海马结构 蛋白激酶A 树突棘 磷酸化 海马体 AMP活化蛋白激酶 细胞生物学 神经科学 突触可塑性 条件基因敲除 化学 生物 生物化学 基因 表型 受体
作者
Wenzhong Yang,Xueyan Zhou,Helena R. Zimmermann,Tao Ma
出处
期刊:Molecular Psychiatry [Springer Nature]
卷期号:26 (6): 1880-1897 被引量:32
标识
DOI:10.1038/s41380-020-0739-z
摘要

The AMP-activated protein kinase (AMPK) is a molecular sensor to maintain energy homeostasis. The two isoforms of the AMPK catalytic subunit (AMPKα1 and α2) are both expressed in brains, but their roles in cognition are unknown. We generated conditional knockout mice in which brain AMPKα isoforms are selectively suppressed (AMPKα1/α2 cKO), and determined the isoform-specific effects in mice of either sex on cognition and synaptic plasticity. AMPKα2 cKO but not AMPKα1 cKO displayed impaired cognition and hippocampal late long-term potentiation (L-LTP). Further, AMPKα2 cKO mice exhibited decreased dendritic spine density and abnormal spine morphology in hippocampus. Electron microscope imaging demonstrated reduced postsynaptic density formation and fewer dendritic polyribosomes in hippocampi of AMPKα2 cKO mice. Biochemical studies revealed unexpected findings that repression of AMPKα2 resulted in increased phosphorylation of mRNA translational factor eIF2α and its kinase PERK. Importantly, L-LTP failure and cognitive impairments displayed in AMPKα2 cKO mice were alleviated by suppressing PERK activity pharmacologically or genetically. In summary, we demonstrate here that brain-specific suppression of AMPKα2 isoform impairs cognition and hippocampal LTP by PERK-mediated eIF2α phosphorylation, providing molecular mechanisms linking metabolism, protein synthesis, and cognition.

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