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Functional Metabolic Mapping Reveals Highly Active Branched-Chain Amino Acid Metabolism in Human Astrocytes, Which Is Impaired in iPSC-Derived Astrocytes in Alzheimer's Disease.

機能代謝マッピングにより、ヒト星状細胞における分岐鎖アミノ酸代謝が非常に活性であることが明らかになり、アルツハイマー病のiPSC由来星状細胞ではそれが障害される (機械翻訳の邦題)

Frontiers in aging neuroscience2021Salcedo C, Andersen JV, Vinten KT, et al.
研究デザインその他の原著論文
対象未確定

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研究デザイン
その他の原著論文
対象
未確定
出版年
2021
出典
doi.org
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出版状態
有効な記録
状態確認日
2026/08/17
収集日
2026/08/03
鮮度
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確認段階
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記録状態
公開

日本語要約(機械生成)

分岐鎖アミノ酸(BCAA)は脳内の主要な興奮性神経伝達物質であるグルタミン酸の合成に窒素供与体として重要である。本研究は、ヒト脳組織とアルツハイマー病(AD)のiPSC由来細胞を用いて、BCAA代謝の機能を初めて特徴づけることを目的とした。質量分析と安定同位体標識を用いて、ヒト脳皮質スライスおよびAPPまたはPSEN1変異を持つiPSC由来アストロサイトとニューロンでBCAA代謝を解析した。その結果、ヒトアストロサイトはBCAAの炭素骨格を酸化代謝し、特にグルタミン合成を支持することが示された。さらに、APPおよびPSEN1変異を持つiPSC由来アストロサイトでは、ロイシン代謝に由来するグルタミン酸、グルタミン、アスパラギン酸の合成が減少していた。これらの結果は、ヒトアストロサイトにおけるBCAA代謝の活性と、ADモデルでのロイシン代謝の選択的障害を示し、神経伝達物質とエネルギーバランスの乱れに寄与する可能性が示唆された。

この要約は公開抄録のみを根拠にAIが機械的に生成したものです。正確な内容は原文を確認してください。

抄録

The branched-chain amino acids (BCAAs) leucine, isoleucine, and valine are important nitrogen donors for synthesis of glutamate, the main excitatory neurotransmitter in the brain. The glutamate carbon skeleton originates from the tricarboxylic acid (TCA) cycle intermediate α-ketoglutarate, while the amino group is derived from nitrogen donors such as the BCAAs. Disturbances in neurotransmitter homeostasis, mainly of glutamate, are strongly implicated in the pathophysiology of Alzheimer's disease (AD). The divergent BCAA metabolism in different cell types of the human brain is poorly understood, and so is the involvement of astrocytic and neuronal BCAA metabolism in AD. The goal of this study is to provide the first functional characterization of BCAA metabolism in human brain tissue and to investigate BCAA metabolism in AD pathophysiology using astrocytes and neurons derived from human-induced pluripotent stem cells (hiPSCs). Mapping of BCAA metabolism was performed using mass spectrometry and enriched [15N] and [13C] isotopes of leucine, isoleucine, and valine in acutely isolated slices of surgically resected cerebral cortical tissue from human brain and in hiPSC-derived brain cells carrying mutations in either amyloid precursor protein (APP) or presenilin-1 (PSEN-1). We revealed that both human astrocytes of acutely isolated cerebral cortical slices and hiPSC-derived astrocytes were capable of oxidatively metabolizing the carbon skeleton of BCAAs, particularly to support glutamine synthesis. Interestingly, hiPSC-derived astrocytes with APP and PSEN-1 mutations exhibited decreased amino acid synthesis of glutamate, glutamine, and aspartate derived from leucine metabolism. These results clearly demonstrate that there is an active BCAA metabolism in human astrocytes, and that leucine metabolism is selectively impaired in astrocytes derived from the hiPSC models of AD. This impairment in astrocytic BCAA metabolism may contribute to neurotransmitter and energetic imbalances in the AD brain.

DOI 10.3389/fnagi.2021.736580

PMID 34603012

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