Down-regulation of O-GlcNAcylation alleviates insulin signaling pathway impairment following arsenic exposure via suppressing the AMPK/mTOR-autophagy pathway

安普克 自噬 PI3K/AKT/mTOR通路 胰岛素抵抗 蛋白激酶B 胰岛素受体 下调和上调 细胞生物学 化学 信号转导 胰岛素 内分泌学 细胞凋亡 磷酸化 生物 蛋白激酶A 生物化学 基因
作者
Wenxin Zhang,Shuxian Zeng,Jieliang Huang,Xiaowei Tian,Jiegen Wu,Lianxian Guo,Lian Yi
出处
期刊:Toxicology Letters [Elsevier]
卷期号:397: 67-78
标识
DOI:10.1016/j.toxlet.2024.05.003
摘要

Impairment of the insulin signaling pathway is a key contributor to insulin resistance under arsenic exposure. Specifically, O-GlcNAcylation, an important post-translational modification, plays a crucial role in insulin resistance. Nevertheless, the concrete effect and mechanism of O-GlcNAcylation in arsenic-induced impairment of the insulin signaling pathway remain elusive. Herein, C57BL/6 mice were continuously fed arsenic-containing food, with a total arsenic concentration of 30 mg/kg. We observed that the IRS/Akt/GSK-3β insulin signaling pathway was impaired, and autophagy was activated in mouse livers and HepG2 cells exposed to arsenic. Additionally, O-GlcNAcylation expression in mouse livers and HepG2 cells was elevated, and the key O-GlcNAcylation homeostasis enzyme, O-GlcNAc transferase (OGT), was upregulated. In vitro, non-targeted metabolomic analysis showed that metabolic disorder was induced, and inhibition of O-GlcNAcylation restored the metabolic profile of HepG2 cells exposed to arsenic. In addition, we found that the compromised insulin signaling pathway was dependent on AMPK activation. Inhibition of AMPK mitigated autophagy activation and impairment of insulin signaling pathway under arsenic exposure. Furthermore, down-regulation of O-GlcNAcylation inhibited AMPK activation, thereby suppressing autophagy activation, and improving the impaired insulin signaling pathway. Collectively, our findings indicate that arsenic can impair the insulin signaling pathway by regulating O-GlcNAcylation homeostasis. Importantly, O-GlcNAcylation inhibition alleviated the impaired insulin signaling pathway by suppressing the AMPK/mTOR-autophagy pathway. This indicates that regulating O-GlcNAcylation may be a potential intervention for the impaired insulin signaling pathway induced by arsenic.
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