scholarly journals LKB1 Is Physiologically Required for Sleep from Drosophila to the Mouse

2021 ◽  
Author(s):  
Ziyi Liu ◽  
Lifen Jiang ◽  
Chaoyi Li ◽  
Chengang Li ◽  
Jingqun Yang ◽  
...  

LKB1 is known as a master kinase for 14 kinases related to the adenosine monophosphate (AMP)-activated protein kinase (AMPK). Two of them (SIK3 and AMPKa;) have previously been implicated in sleep regulation. We generated loss-of-function (LOF) mutants for Lkb1 in both Drosophila and mice. Sleep was reduced in Lkb1-mutant flies and in flies with neuronal deletion of Lkb1. Sleep was reduced in mice after virally mediated reduction of Lkb1 in the brain. Electroencephalography (EEG) analysis showed that non-rapid eye movement (NREM) sleep and sleep need were both reduced in Lkb1-mutant mice. These results indicate that LKB1 plays a physiological role in sleep regulation conserved from flies to mice.

2012 ◽  
Author(s):  
Ολυμπία Πικίου

Η μετφορμίνη, ένα παράγωγο της διγουανίδης, χρησιμοποιείται ως θεραπεία του σακχαρώδη διαβήτη τύπου 2 και στη θεραπεία του PCOS. Οι κύριες δράσεις της μετφορμίνης είναι η αναστολή της παραγωγής γλυκόζης από το ήπαρ και η μείωση της αντίστασης στην ινσουλίνη από περιφερικούς ιστούς, οδηγώντας σε αυξημένη πρόσληψη και χρήση της γλυκόζης από τους σκελετικούς μυς. Ο κύριος διαμεσολαβητής της δράσης της μετφορμίνης είναι η AMPK [AMP-activated protein kinase: πρωτεϊνική κινάση που ενεργοποιείται από την AMP (μονοφωσφορική αδενοσίνη)]. Η AMPK είναι ο κεντρικός αισθητήρας των επιπέδων ενέργειας στο κύτταρο, ο οποίος ανταποκρίνεται στην αύξηση του λόγου AMP/ATP (adenosine monophosphate/adenosine triphosphate: μονοφωσφορική/τριφωσφορική αδενοσίνη). Μελέτες σε ωοκύτταρα βοοειδών έχουν δείξει ότι η ενεργοποίηση της AMPK από τη μετφορμίνη σε υψηλές συγκεντρώσεις της τάξεως των mM ελέγχει την πυρηνική ωρίμανση. Το TSC2 (tuberous sclerosis complex 2: σύμπλεγμα οζώδους σκλήρυνσης 2) έχει αναγνωριστεί ως ο κατωφερής στόχος της AMPK. Σκοπός της παρούσης μελέτης ήταν η διερεύνηση της επίδρασης χαμηλών συγκεντρώσεων μετφορμίνης (1nM-10μΜ) (i) στη δημιουργία εμβρύων βοοειδών από συμπλέγματα ωοκυττάρου-ωοφόρου δίσκου, (ii) το ρυθμό διαίρεσης των εμβρύων και, (iii) την πιθανή ενεργοποίηση του TSC2 μέσω της AMPK. Τα συμπλέγματα ωοκυττάρου-ωοφόρου δίσκου ωρίμαζαν in vitro, γονιμοποιούνταν με αναβιωμένα σπερματοζωάρια ταύρου και τα ζυγωτά καλλιεργούνταν συνολικά για 72 ώρες μετά τη σπερματέγχυση. Η μετφορμίνη χορηγήθηκε σε όλα τα στάδια της παραγωγής των εμβρύων ή μόνο κατά το στάδιο της γονιμοποίησης. Προκειμένου να διερευνηθεί η παρουσία της TSC2 κατά τα πρώτα στάδια ανάπτυξης των εμβρύων και η πιθανή ενεργοποίηση του μορίου αυτού μέσω της AMPK πραγματοποιήθηκαν πειράματα ανοσοφθορισμού. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα μας, η χορήγηση της μετφορμίνης είχε δοσο-εξαρτώμενη επίδραση στο ρυθμό διαίρεσης των εμβρύων. Συγκεκριμένα, παρουσία μετφορμίνης σε όλα τα στάδια της in vitro παραγωγής εμβρύων σε συγκέντρωση 1μΜ και 10μΜ ή μόνο στο στάδιο της in vitro γονιμοποίησης σε συγκέντρωση 0,1μΜ και 10μΜ, το ποσοστό των εμβρύων που έφτασαν στο στάδιο των ≥8-κυττάρων παρουσίασε στατιστικώς σημαντική μείωση, σε σχέση με αυτό της ομάδας ελέγχου. Η μείωση αυτή στο ποσοστό των εμβρύων ≥8-κυττάρων συνοδεύτηκε από αύξηση του ποσοστού των εμβρύων 2-κυττάρων. Η μετφορμίνη δεν είχε καμία επίδραση στο ποσοστό των ωοκυττάρων που εξελίχθηκαν σε έμβρυα. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα μας, το TSC2 εκφράζεται κατά τα πρώτα στάδια ανάπτυξης των εμβρύων βοοειδών. Επιπλέον διαπιστώθηκε ότι, η χορήγηση 10μΜ μετφορμίνης είτε σε όλα τα στάδια της in vitro παραγωγής εμβρύων ή μόνο κατά το στάδιο της in vitro γονιμοποίησης είχε ως αποτέλεσμα την ενεργοποίηση του TSC2 μέσω της AMPK. Συγκεκριμένα διαπιστώθηκε ότι, τα επίπεδα του φωσφορυλιωμένου TSC2, μετά τη χορήγηση μετφορμίνης, αντιστοιχούν στην ολική ποσότητα TSC2 πρωτεΐνης στα κύτταρα γεγονός που προκύπτει τόσο από την αύξηση της PhosphoS1387-TSC2-ανοσοδραστικότητας όσο και από την αύξηση του λόγου PhosphoS1387-TSC2 : ολική TSC2 η οποία παρατηρήθηκε. Τα αποτελέσματα της παρούσης διατριβής υποδεικνύουν για πρώτη φορά ότι, η μετφορμίνη δεν έχει καμία επίδραση στο ποσοστό των ωοκυττάρων που εξελίσσονται σε έμβρυα και κατά συνέπεια δεν επηρεάζει την ωρίμανση των ωοκυττάρων όταν χορηγείται σε συγκεντρώσεις της τάξεως των μM. Εντούτοις, η μετφορμίνη σε αυτές τις συγκεντρώσεις έχει αρνητική δοσο-εξαρτώμενη επίδραση στο ρυθμό διαίρεσης των εμβρύων βοοειδών. Η δράση αυτή της μετφορμίνης στο ρυθμό διαίρεσης των εμβρύων είναι η ίδια είτε το φάρμακο χορηγείται καθ' όλη τη διάρκεια της in vitro παραγωγής των εμβρύων είτε μόνο κατά το στάδιο της in vitro γονιμοποίησης. Επιπλέον, δεδομένου ότι η μετφορμίνη είναι ενεργοποιητής της ΑΜΡΚ, τα αποτελέσματα μας σηματοδοτούν τη σπουδαιότητα της ρύθμισης της δραστηριότητας της ΑΜΡΚ κατά τα πρώτα στάδια ανάπτυξης των εμβρύων και δείχνουν ότι κάθε μεταβολή των επιπέδων δραστηριότητας του ενζύμου αυτού μπορεί να έχει αρνητική επίδραση στην ανάπτυξη των εμβρύων. Τέλος, από τα αποτελέσματα μας μπορεί να συναχθεί ότι το μοριακό μονοπάτι το οποίο εμπλέκεται στη μείωση του ρυθμού διαίρεσης των εμβρύων από τη μετφορμίνη περιλαμβάνει την ενεργοποίηση του TSC2 από την ΑΜΡΚ.


2000 ◽  
Vol 20 (18) ◽  
pp. 6704-6711 ◽  
Author(s):  
Angela Woods ◽  
Dalila Azzout-Marniche ◽  
Marc Foretz ◽  
Silvie C. Stein ◽  
Patricia Lemarchand ◽  
...  

ABSTRACT In the liver, glucose induces the expression of a number of genes involved in glucose and lipid metabolism, e.g., those encoding L-type pyruvate kinase and fatty acid synthase. Recent evidence has indicated a role for the AMP-activated protein kinase (AMPK) in the inhibition of glucose-activated gene expression in hepatocytes. It remains unclear, however, whether AMPK is involved in the glucose induction of these genes. In order to study further the role of AMPK in regulating gene expression, we have generated two mutant forms of AMPK. One of these (α1312) acts as a constitutively active kinase, while the other (α1DN) acts as a dominant negative inhibitor of endogenous AMPK. We have used adenovirus-mediated gene transfer to express these mutants in primary rat hepatocytes in culture in order to determine their effect on AMPK activity and the transcription of glucose-activated genes. Expression of α1312 increased AMPK activity in hepatocytes and blocked completely the induction of a number of glucose-activated genes in response to 25 mM glucose. This effect is similar to that observed following activation of AMPK by 5-amino-imidazolecarboxamide riboside. Expression of α1DN markedly inhibited both basal and stimulated activity of endogenous AMPK but had no effect on the transcription of glucose-activated genes. Our results suggest that AMPK is involved in the inhibition of glucose-activated gene expression but not in the induction pathway. This study demonstrates that the two mutants we have described will provide valuable tools for studying the wider physiological role of AMPK.


2003 ◽  
Vol 284 (5) ◽  
pp. C1297-C1308 ◽  
Author(s):  
Kenneth R. Hallows ◽  
Gary P. Kobinger ◽  
James M. Wilson ◽  
Lee A. Witters ◽  
J. Kevin Foskett

The cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR) is a cAMP-activated, ATP-gated Cl− channel and cellular conductance regulator, but the detailed mechanisms of CFTR regulation and its regulation of other transport proteins remain obscure. We previously identified the metabolic sensor AMP-activated protein kinase (AMPK) as a novel protein interacting with CFTR and found that AMPK phosphorylated CFTR and inhibited CFTR-dependent whole cell conductances when coexpressed with CFTR in Xenopus oocytes. To address the physiological relevance of the CFTR-AMPK interaction, we have now studied polarized epithelia and have evaluated the localization of endogenous AMPK and CFTR and measured CFTR activity with modulation of AMPK activity. By immunofluorescent imaging, AMPK and CFTR share an overlapping apical distribution in several rat epithelial tissues, including nasopharynx, submandibular gland, pancreas, and ileum. CFTR-dependent short-circuit currents ( Isc ) were measured in polarized T84 cells grown on permeable supports, and several independent methods were used to modulate endogenous AMPK activity. Activation of endogenous AMPK with the cell-permeant adenosine analog 5-amino-4-imidazolecarboxamide-1-β-d-ribofuranoside (AICAR) inhibited forskolin-stimulated CFTR-dependent I sc in nonpermeabilized monolayers and monolayers with nystatin permeabilization of the basolateral membrane. Raising intracellular AMP concentration in monolayers with basolateral membranes permeabilized with α-toxin also inhibited CFTR, an effect that was unrelated to adenosine receptors. Finally, overexpression of a kinase-dead mutant AMPK-α1 subunit (α1-K45R) enhanced forskolin-stimulated I sc in polarized T84 monolayers, consistent with a dominant-negative reduction in the inhibition of CFTR by endogenous AMPK. These results indicate that AMPK plays a physiological role in modulating CFTR activity in polarized epithelia and suggest a novel paradigm for the coupling of ion transport to cellular metabolism.


Endocrinology ◽  
2012 ◽  
Vol 153 (1) ◽  
pp. 123-131 ◽  
Author(s):  
Scott D. Clarke ◽  
Iain J. Clarke ◽  
Alexandra Rao ◽  
Michael A. Cowley ◽  
Belinda A. Henry

Adiposity is regulated in a sexually divergent manner. This is partly due to sex steroids, but the differential effects of androgens in males and females are unclear. We investigated effects of testosterone on energy balance in castrated male (n = 6) and female sheep (n = 4), which received 3 × 200 mg testosterone implants for 2 wk or blank implants (controls). Temperature probes were implanted into retroperitoneal fat and skeletal muscle. Blood samples were taken to measure metabolites and insulin. In males, muscle and fat biopsies were collected to measure uncoupling protein (UCP) mRNA and phosphorylation of AMP-activated protein kinase and Akt. Testosterone did not change food intake in either sex. Temperature in muscle was higher in males than females, and testosterone reduced heat production in males only. In fat, however, temperature was higher in the castrate males compared with females, and there was no effect of testosterone treatment in either sex. Preprandial glucose levels were lower, but nonesterified fatty acids were higher in females compared with males, irrespective of testosterone. In males, the onset of feeding increased UCP1 and UCP3 mRNA levels in skeletal muscle, without an effect of testosterone. During feeding, testosterone reduced glucose levels in males only but did not alter the phosphorylation of AMP-activated protein kinase or Akt in muscle. Thus, testosterone maintains lower muscle and fat temperatures in males but not females. The mechanism underlying this sex-specific effect of testosterone is unknown but may be due to sexual differentiation of the brain centers controlling energy expenditure.


2012 ◽  
Vol 21 (2) ◽  
pp. 52-60 ◽  
Author(s):  
Santosh Ramamurthy ◽  
Gabriele Ronnett

2002 ◽  
Vol 30 (6) ◽  
pp. 1059-1064 ◽  
Author(s):  
M. R. Munday

Acetyl-CoA carboxylase (ACC) plays a critical role in the regulation of fatty acid metabolism and its two isoforms, ACCα and ACCβ, appear to have distinct functions in the control of fatty acid synthesis and fatty acid oxidation, respectively. They are regulated by similar short-term mechanisms of allosteric activation by citrate, and reversible phosphorylation and inactivation, and there is clearly interaction between these mechanisms. AMP-activated protein kinase is the important physiological ACC kinase for both isoforms and yet there is a potential physiological role for cAMP-dependent protein kinase in the hormonally mediated inactivation of ACCα, and phosphorylation of ACCβ in its unique N-terminus.


2006 ◽  
Vol 203 (7) ◽  
pp. 1665-1670 ◽  
Author(s):  
Peter Tamás ◽  
Simon A. Hawley ◽  
Rosemary G. Clarke ◽  
Kirsty J. Mustard ◽  
Kevin Green ◽  
...  

The adenosine monophosphate (AMP)–activated protein kinase (AMPK) has a crucial role in maintaining cellular energy homeostasis. This study shows that human and mouse T lymphocytes express AMPKα1 and that this is rapidly activated in response to triggering of the T cell antigen receptor (TCR). TCR stimulation of AMPK was dependent on the adaptors LAT and SLP76 and could be mimicked by the elevation of intracellular Ca2+ with Ca2+ ionophores or thapsigargin. AMPK activation was also induced by energy stress and depletion of cellular adenosine triphosphate (ATP). However, TCR and Ca2+ stimulation of AMPK required the activity of Ca2+–calmodulin-dependent protein kinase kinases (CaMKKs), whereas AMPK activation induced by increased AMP/ATP ratios did not. These experiments reveal two distinct pathways for the regulation of AMPK in T lymphocytes. The role of AMPK is to promote ATP conservation and production. The rapid activation of AMPK in response to Ca2+ signaling in T lymphocytes thus reveals that TCR triggering is linked to an evolutionally conserved serine kinase that regulates energy metabolism. Moreover, AMPK does not just react to cellular energy depletion but also anticipates it.


2008 ◽  
Vol 32 (S4) ◽  
pp. S42-S48 ◽  
Author(s):  
G V Ronnett ◽  
S Aja

2009 ◽  
Vol 30 (3) ◽  
pp. 480-492 ◽  
Author(s):  
Jun Li ◽  
Louise D McCullough

AMP-activated protein kinase (AMPK) is a serine threonine kinase that is highly conserved through evolution. AMPK is found in most mammalian tissues including the brain. As a key metabolic and stress sensor/effector, AMPK is activated under conditions of nutrient deprivation, vigorous exercise, or heat shock. However, it is becoming increasingly recognized that changes in AMPK activation not only signal unmet metabolic needs, but also are involved in sensing and responding to ‘cell stress’, including ischemia. The downstream effect of AMPK activation is dependent on many factors, including the severity of the stressor as well as the tissue examined. This review discusses recent in vitro and in vivo studies performed in the brain/neuronal cells and vasculature that have contributed to our understanding of AMPK in stroke. Recent data on the potential role of AMPK in angiogenesis and neurogenesis and the interaction of AMPK with 3-hydroxy-3-methy-glutaryl-CoA reductase inhibitors (statins) agents are highlighted. The interaction between AMPK and nitric oxide signaling is also discussed.


Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document