脂肪細胞のcAMPによるAMP活性化プロテインキナーゼの調節：ホスホジエステラーゼ、プロテインキナーゼB、プロテインキナーゼA、EPACおよび脂肪分解の役割

AMP活性化プロテインキナーゼ（AMPK）は、細胞エネルギー状態の重要な調節因子です。脂肪細胞では、細胞内環状アンプ（cAMP）を増加させる刺激も、AMPKの活性を増加させることが示されています。cAMP誘発AMPK活性化の原因となる正確な分子メカニズムは明らかではありません。ホスホジエステラーゼ3B（PDE3B）は、脂肪細胞におけるcAMPシグナル伝達の重要な調節因子です。ここでは、原発性ラット脂肪細胞におけるAMPKの調節におけるPDE3B、PDE4、プロテインキナーゼB（PKB）および交換タンパク質、および脂肪分解の役割を調査しました。アドレナリン作動性アゴニストのイソプロテレノールによって誘導されるT172でのAMPKのリン酸化の増加は、インスリンとの共インキュベーションによって減少する可能性があることを実証します。AMPK活性化に対するインスリンの効果の低下は、PDE3B特異的阻害剤OPC3911による治療時に逆転しましたが、PDE4阻害剤ロリプラムでは処理されませんでした。Adenovirusを介したPDE3Bおよび構成的に活性なPKBの過剰発現は、両方ともT172でのAMPKのイソプロテレノール誘導リン酸化を大幅に減少させました。脂肪細胞とイソプロテレノールおよびPKA阻害剤H89との共インキュベーションは、脂肪分解の完全なアブレーションとAMPKリン酸化/活性化の減少をもたらしました。EPAC1アゴニスト8-PCPT-2'O-ME-CAMPによる脂肪細胞の刺激は、T172でのAMPKのリン酸化の増加をもたらしました。一般的なリパーゼ阻害剤Orlistatは、T172でのAMPKのイソプロテレノール誘導リン酸化を減少させました。この減少は、脂肪細胞からの脂肪分解の減少に対応していました。まとめると、これらのデータは、PDE3BとPDE4がAMPKの活性化/リン酸化状態に影響を与えるcAMPプールを調節し、AMPKに対するサイクリックAMPの効果にEPAC1、PKA、脂肪分解が関与することを示唆しています。

AMP-activated protein kinase (AMPK) is an important regulator of cellular energy status. In adipocytes, stimuli that increase intracellular cyclic AMP (cAMP) have also been shown to increase the activity of AMPK. The precise molecular mechanisms responsible for cAMP-induced AMPK activation are not clear. Phosphodiesterase 3B (PDE3B) is a critical regulator of cAMP signaling in adipocytes. Here we investigated the roles of PDE3B, PDE4, protein kinase B (PKB) and the exchange protein activated by cAMP 1 (Epac1), as well as lipolysis, in the regulation of AMPK in primary rat adipocytes. We demonstrate that the increase in phosphorylation of AMPK at T172 induced by the adrenergic agonist isoproterenol can be diminished by co-incubation with insulin. The diminishing effect of insulin on AMPK activation was reversed upon treatment with the PDE3B specific inhibitor OPC3911 but not with the PDE4 inhibitor Rolipram. Adenovirus-mediated overexpression of PDE3B and constitutively active PKB both resulted in greatly reduced isoproterenol-induced phosphorylation of AMPK at T172. Co-incubation of adipocytes with isoproterenol and the PKA inhibitor H89 resulted in a total ablation of lipolysis and a reduction in AMPK phosphorylation/activation. Stimulation of adipocytes with the Epac1 agonist 8-pCPT-2'O-Me-cAMP led to increased phosphorylation of AMPK at T172. The general lipase inhibitor Orlistat decreased isoproterenol-induced phosphorylation of AMPK at T172. This decrease corresponded to a reduction of lipolysis from adipocytes. Taken together, these data suggest that PDE3B and PDE4 regulate cAMP pools that affect the activation/phosphorylation state of AMPK and that the effects of cyclic AMP on AMPK involve Epac1, PKA and lipolysis.