AMPK-グリコーゲン結合の遺伝的喪失は、AMPKを不安定にし、代謝を破壊します

目的：グリコーゲンは、肝臓と骨格筋の主要なエネルギー保護区です。マスター代謝レギュレーターAMP活性化プロテインキナーゼ（AMPK）は、調節βサブユニット炭水化物結合モジュール（CBM）を介してグリコーゲンと関連しています。しかし、エネルギー恒常性におけるAMPKグリコーゲン結合の生理学的役割は、in vivoで調査されていません。この研究は、AMPKグリコーゲンの相互作用を破壊することの生理学的結果を決定することを目的としています。 方法：AMPKβ1（W100A）またはβ2（W98A）アイソフォームCBMのいずれかの全身ノックイン（KI）変異を介してマウスでグリコーゲン結合を破壊しました。体系的な全身、組織、および分子表現型は、KIおよびそれぞれの野生型（WT）マウスで実施されました。 結果：β1W100AKIは全身代謝や運動能力に影響しませんでしたが、β2W98AKIマウスは、WTに対する全身グルコース処理と最大の運動能力の肥満と障害の増加を示しました。これらのKI変異は、β1W100Aおよびβ2W98Aの肝臓および骨格筋における総AMPKタンパク質およびキナーゼ活性の減少をもたらしました。β1W100Aマウスは、WTと比較して、空腹時誘発肝臓AMPK合計およびα特異的キナーゼ活性化の損失を示しました。AMPKの不安定化は、β1W100A肝臓およびβ2W98A骨格筋とWTの脂肪沈着の増加と関連していた。 結論：これらの結果は、グリコーゲンの結合がAMPKを安定化し、細胞、組織、全身のエネルギー恒常性を維持する上で重要な役割を果たすことを示しています。

OBJECTIVE: Glycogen is a major energy reserve in liver and skeletal muscle. The master metabolic regulator AMP-activated protein kinase (AMPK) associates with glycogen via its regulatory β subunit carbohydrate-binding module (CBM). However, the physiological role of AMPK-glycogen binding in energy homeostasis has not been investigated in vivo. This study aimed to determine the physiological consequences of disrupting AMPK-glycogen interactions. METHODS: Glycogen binding was disrupted in mice via whole-body knock-in (KI) mutation of either the AMPK β1 (W100A) or β2 (W98A) isoform CBM. Systematic whole-body, tissue and molecular phenotyping was performed in KI and respective wild-type (WT) mice. RESULTS: While β1 W100A KI did not affect whole-body metabolism or exercise capacity, β2 W98A KI mice displayed increased adiposity and impairments in whole-body glucose handling and maximal exercise capacity relative to WT. These KI mutations resulted in reduced total AMPK protein and kinase activity in liver and skeletal muscle of β1 W100A and β2 W98A, respectively, versus WT mice. β1 W100A mice also displayed loss of fasting-induced liver AMPK total and α-specific kinase activation relative to WT. Destabilisation of AMPK was associated with increased fat deposition in β1 W100A liver and β2 W98A skeletal muscle versus WT. CONCLUSIONS: These results demonstrate that glycogen binding plays critical roles in stabilising AMPK and maintaining cellular, tissue and whole-body energy homeostasis.