肝臓糖新生の調節におけるミトコンドリアホスホエノールピルビン酸カルボキシキナーゼ（PEPCK-M）の役割

オキサロ酢酸からのホスホエノールピルビン酸（PEP）の合成は、ミトコンドリア基質からの糖新生の絶対的な要件です。一般的に、この反応は、PEPCK（PEPCK-C）のサイトゾルアイソフォームにのみ起因していますが、ミトコンドリアアイソフォーム（PEPCK-M）の喪失は評価されていません。同じ反応を触媒しているにもかかわらず、ミトコンドリアアイソフォームの哺乳類で報告された唯一の重要な役割は、インスリン分泌に必要なグルコースセンサーとしてです。この栄養素感染ミトコンドリアGTP依存性経路は、糖新生に重要なことに寄与すると仮定しました。PEPCK-Mは、in vivoおよび単離された肝細胞の両方でアンチセンスオリゴヌクレオチドを使用して、ラットの糖新生組織で急性沈黙しました。サイレンシングPEPCK-Mは、血漿グルコース、インスリン、およびトリグリセリドを低下させ、白色の脂肪を減らし、肝臓のグリコーゲンを枯渇させますが、乳酸を上昇させます。グルコース産生の3分の1を定量的に説明するグリセロールに対する糖新生基質の好みのスイッチがあります。PEPCK-Cノックアウト肝臓の特徴的な重度のミトコンドリア欠乏症とは対照的に、PEPCK-M欠損肝臓からの肝細胞は正常な酸化機能を維持しました。その予測された役割と一致して、PEPCK-Mを欠く肝細胞からの糖新生率は、乳酸、アラニン、グルタミンについては大幅に減少しますが、ピルビン酸およびグリセロールでは著しく減少しません。したがって、PEPCK-Mは、断食およびFRDのグルコース恒常性に直接的な役割を果たし、このミトコンドリアのGTP依存性経路は、正常および糖尿病の代謝の両方に関与するために再考されるべきです。

Synthesis of phosphoenolpyruvate (PEP) from oxaloacetate is an absolute requirement for gluconeogenesis from mitochondrial substrates. Generally, this reaction has solely been attributed to the cytosolic isoform of PEPCK (PEPCK-C), although loss of the mitochondrial isoform (PEPCK-M) has never been assessed. Despite catalyzing the same reaction, to date the only significant role reported in mammals for the mitochondrial isoform is as a glucose sensor necessary for insulin secretion. We hypothesized that this nutrient-sensing mitochondrial GTP-dependent pathway contributes importantly to gluconeogenesis. PEPCK-M was acutely silenced in gluconeogenic tissues of rats using antisense oligonucleotides both in vivo and in isolated hepatocytes. Silencing PEPCK-M lowers plasma glucose, insulin, and triglycerides, reduces white adipose, and depletes hepatic glycogen, but raises lactate. There is a switch of gluconeogenic substrate preference to glycerol that quantitatively accounts for a third of glucose production. In contrast to the severe mitochondrial deficiency characteristic of PEPCK-C knock-out livers, hepatocytes from PEPCK-M-deficient livers maintained normal oxidative function. Consistent with its predicted role, gluconeogenesis rates from hepatocytes lacking PEPCK-M are severely reduced for lactate, alanine, and glutamine, but not for pyruvate and glycerol. Thus, PEPCK-M has a direct role in fasted and fed glucose homeostasis, and this mitochondrial GTP-dependent pathway should be reconsidered for its involvement in both normal and diabetic metabolism.