DJ-1是进化上跨物种中众多保守蛋白之一,DJ-1的突变已与帕金森氏病的某些情况相关。低效的线粒体呼吸产生的活性氧物质(ROS),其生产过剩被认为是导致包括肥胖相关的胰岛素抵抗和2型糖尿病等无数病症的原因。Sally Yu Shi研究团队发现小鼠骨骼肌中DJ-1通过调节ROS水平维持细胞代谢动态平衡,揭示DJ-1在保持高效率的燃料利用率中的作用,研究结果已发表在Nature Communications上(DOI: 10.1038/ncomms8415)。
研究人员发现缺失DJ-1,ROS与线粒体呼吸解耦并激活AMP活化的蛋白激酶,这将触发肌肉细胞沃伯格状代谢重新编程。因此,DJ-1基因敲除小鼠表现出更高的能量消耗和在燃料过剩的情况下受到保护而免受肥胖,胰岛素抵抗和糖尿病,因此促进线粒体解偶联可能是一个治疗肥胖症相关的代谢紊乱的潜在策略。
肥胖相关的胰岛素抵抗常会出现代谢组织中ROS积累的氧化应激反应,Sally Yu Shi研究团队通过测试长时间的高脂肪饮食(HFD)喂食3个月的呈现肥胖和胰岛素抵抗的C57BL / 6小鼠中DJ1表达(又称PARK7)的调控发现在代谢组织中DJ-1调节与肥胖有关的ROS的产生。
研究者通过转录水平和基因芯片分析研究肌肉ROS聚集效应,发现DJ-1缺失的细胞中参与糖酵解的基因均出现上调。与糖酵解代谢相一致,DJ-1基因敲除小鼠的比目鱼肌从I型慢肌氧化型纤维转变为IIa型快肌氧化型纤维和IIx的快肌糖酵解型纤维,提示肌肉对提高糖酵解能力的适应,DJ-1缺失通过ROS激活肌肉中的糖酵解。
在C2C12细胞中线粒体定位在一小部分的DJ-1蛋白,线粒体的量并不受DJ-1的缺失的影响,如线粒体DNA(mtDNA)复制数量以及参与线粒体生物合成的基因表达没有变化。DJ-1缺失通过ROS诱导线粒体解偶联,维持线粒体的动态平衡,当它受到破坏时线粒体跨膜潜力也随之降低。
这项研究突出DJ-1和ROS在维持代谢的动态平衡中的主要作用。在骨骼肌中,促进线粒体解偶联和无效循环活动可能是治疗肥胖症和相关代谢性障碍疾病的一个充满希望的治疗选择。