PPM1K mediates metabolic disorder of branched-chain amino acid and regulates cerebral ischemia-reperfusion injury by activating ferroptosis in neurons
PPM1Kは分岐鎖アミノ酸の代謝障害を媒介し、ニューロンのフェロトーシス活性化を介して脳虚血再灌流障害を調節する (機械翻訳の邦題)
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虚血性脳卒中に対する再灌流療法は有効だが、多くの患者で予後不良の原因となる虚血再灌流(I/R)障害が問題となる。本研究では、タンパク質ホスファターゼPPM1Kが分岐鎖アミノ酸(BCAA)の代謝障害を媒介し、脂肪酸酸化を促進してフェロトーシスを誘導する機序を検討した。マウスI/Rモデルを用い、BCAA代謝促進剤BT2を投与したところ、I/R障害後にBCAAレベルが上昇し、これはリン酸化BCKDHAの増加による酸化的分解障害に起因した。また、ニューロンにおけるPPM1Kの減少がBCKDHAのリン酸化を増加させることが示された。in vitroでBCAAは酸化ストレス、脂質過酸化、フェロトーシスを誘導し、BT2はBCKDHAリン酸化阻害を介してBCAA酸化を促進し、ニューロンのフェロトーシスを抑制した。さらに、BT2はマウスのI/R後の神経行動障害を軽減し、その効果はフェロトーシス阻害剤フェロスタチン-1と同等であった。これらの結果は、脳虚血後のニューロンにおけるフェロトーシスへのBCAAの新たな関与を示し、虚血性脳卒中治療の新規標的を提供する。
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抄録
Abstract
Although reperfusion therapy is the most effective treatment for ischemic stroke, it still has limited benefits for many patients, and ischemia-reperfusion (I/R) injury is a widely recognized cause of poor prognosis. Here, we aim to investigate the mechanism of protein phosphatase Mg2+/Mn2+ dependent 1K (PPM1K) mediates metabolic disorder of branched-chain amino acids (BCAA) by promoting fatty acid oxidation led to ferroptosis after cerebral I/R injury. We established the I/R model in mice and used BT2, a highly specific BCAA dehydrogenase (BCKD) kinase inhibitor to promote BCAA metabolism. We found that BCAA levels were elevated after I/R injury due to dysfunctional oxidative degradation caused by phosphorylated BCKD E1α subunit (BCKDHA). Additionally, the level of phosphorylated BCKDHA was determined by decreased PPM1K in neurons. We next demonstrated that BCAA could induce oxidative stress, lipid peroxidation, and ferroptosis in primary cultured cortical neurons in vitro. Our results further showed that BT2 could reduce neuronal ferroptosis by enhancing BCAA oxidation through inhibition of BCKDHA phosphorylation. Furthermore, BT2 was found to alleviate neurological behavior disorders after I/R injury in mice, and the effect was similar to ferroptosis inhibitor ferrostatin-1. Our findings reveal a novel role of BCAA in neuronal ferroptosis after cerebral ischemia and provide a new potential target for treatment of ischemic stroke.
DOI 10.21203/rs.3.rs-2413080/v1
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