プロテインキナーゼC-ZETAによるセリン428でのLKB1のリン酸化は、内皮細胞におけるAMP活性化プロテインキナーゼのメトホルミン強化活性化に必要です

背景：最も一般的に使用される抗糖尿病薬の1つであるメトホルミンは、AMP活性化プロテインキナーゼ（AMPK）を活性化することにより、その治療効果を発揮することが報告されています。ただし、メトホルミンがAMPKを活性化するメカニズムはあまり定義されていません。本研究の目的は、メトホルミンが内皮細胞のAMPKを活性化する方法を決定することでした。 方法と結果：ヒト臍静脈内皮細胞またはウシ大動脈内皮細胞がメトホルミンに曝露すると、AMPK活性とSTR172でのAMPKのリン酸化が大幅に増加し、Ser428でのLKB1の両方のリン酸化が増加しました。PKC）-ZETAは、PKC-ZETAの活性の増加、リン酸化（Thr410/403）、および核移行によって証明されています。一貫して、AMPK-THR172とLKB1-SER428の両方のPKC-ZETAアブレーションメトホルミン増強リン酸化の薬理学的または遺伝的阻害のいずれかが、PKC-ZETAがLKB1の上流キナーゼとして作用する可能性があることを示唆しています。さらに、LKB1キナーゼDEAD変異体のアデノウイルス過剰発現は廃止されましたが、LKB1野生型の過剰発現は、ウシ大動脈内皮細胞のAMPKに対するメトホルミンの効果を高めました。さらに、メトホルミンは、LKB1のリン酸化と核輸出をサイトゾルに増加させ、AMPKとウシ大動脈内皮細胞におけるLKB1との関連を増加させました。同様に、LKB1野生型の過剰発現はLKB1 S428A変異体（アラニンに置き換えられたセリン）ではなく、LKB1欠損HELA-S3細胞のAMPKに対するメトホルミンの効果を回復し、Metformin-拡張AMPK活性化にLKB1のSer428リン酸化が必要であることを示唆しています。さらに、キナーゼDEAD LKB1 D194Aと同様に、LKB1 S428Aは、メトホルミン強化LKB1転座を廃止し、LKB1とHELA-S3細胞におけるAMPKとの関連を廃止しました。最後に、PKC-ZETAの阻害は、AMPKALPHA1とAMPKALPHA2の両方でLKB1のメトホルミン強化共免疫沈降を廃止しました。 結論：PKC-ZETAはSer428でLKB1をリン酸化し、LKB1核輸出、したがってAMPK活性化をもたらすと結論付けています。

BACKGROUND: Metformin, one of most commonly used antidiabetes drugs, is reported to exert its therapeutic effects by activating AMP-activated protein kinase (AMPK); however, the mechanism by which metformin activates AMPK is poorly defined. The objective of the present study was to determine how metformin activates AMPK in endothelial cells. METHODS AND RESULTS: Exposure of human umbilical vein endothelial cells or bovine aortic endothelial cells to metformin significantly increased AMPK activity and the phosphorylation of both AMPK at Thr172 and LKB1 at Ser428, an AMPK kinase, which was paralleled by increased activation of protein kinase C (PKC)-zeta, as evidenced by increased activity, phosphorylation (Thr410/403), and nuclear translocation of PKC-zeta. Consistently, either pharmacological or genetic inhibition of PKC-zeta ablated metformin-enhanced phosphorylation of both AMPK-Thr172 and LKB1-Ser428, suggesting that PKC-zeta might act as an upstream kinase for LKB1. Furthermore, adenoviral overexpression of LKB1 kinase-dead mutants abolished but LKB1 wild-type overexpression enhanced the effects of metformin on AMPK in bovine aortic endothelial cells. In addition, metformin increased the phosphorylation and nuclear export of LKB1 into the cytosols as well as the association of AMPK with LKB1 in bovine aortic endothelial cells. Similarly, overexpression of LKB1 wild-type but not LKB1 S428A mutants (serine replaced by alanine) restored the effects of metformin on AMPK in LKB1-deficient HeLa-S3 cells, suggesting that Ser428 phosphorylation of LKB1 is required for metformin-enhanced AMPK activation. Moreover, LKB1 S428A, like kinase-dead LKB1 D194A, abolished metformin-enhanced LKB1 translocation as well as the association of LKB1 with AMPK in HeLa-S3 cells. Finally, inhibition of PKC-zeta abolished metformin-enhanced coimmunoprecipitation of LKB1 with both AMPKalpha1 and AMPKalpha2. CONCLUSIONS: We conclude that PKC-zeta phosphorylates LKB1 at Ser428, resulting in LKB1 nuclear export and hence AMPK activation.