Low-dose metformin targets the lysosomal AMPK pathway through PEN2

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作者
Teng Ma,Xiao Tian,Baoding Zhang,Mengqi Li,Yu Wang,Chunyan Yang,Jianfeng Wu,Xiaoyan Wei,Qi Qu,Yaxin Yu,Shating Long,Jin-Wei Feng,Chun Li,Cixiong Zhang,Changchuan Xie,Yaying Wu,Zheni Xu,Junjie Chen,Yi Yu,Xi Huang,Ying He,Luming Yao,Lei Zhang,Maoshu Zhu,Wen Wang,Zhichao Wang,Mingliang Zhang,Yuqian Bao,Weiping Jia,Shu-Yong Lin,Zhiyun Ye,Hulin Piao,Xianming Deng,Chen-Song Zhang
出处
期刊:Nature [Springer Nature]
卷期号:603 (7899): 159-165 被引量:208
标识
DOI:10.1038/s41586-022-04431-8
摘要

Metformin, the most prescribed antidiabetic medicine, has shown other benefits such as anti-ageing and anticancer effects1-4. For clinical doses of metformin, AMP-activated protein kinase (AMPK) has a major role in its mechanism of action4,5; however, the direct molecular target of metformin remains unknown. Here we show that clinically relevant concentrations of metformin inhibit the lysosomal proton pump v-ATPase, which is a central node for AMPK activation following glucose starvation6. We synthesize a photoactive metformin probe and identify PEN2, a subunit of γ-secretase7, as a binding partner of metformin with a dissociation constant at micromolar levels. Metformin-bound PEN2 forms a complex with ATP6AP1, a subunit of the v-ATPase8, which leads to the inhibition of v-ATPase and the activation of AMPK without effects on cellular AMP levels. Knockout of PEN2 or re-introduction of a PEN2 mutant that does not bind ATP6AP1 blunts AMPK activation. In vivo, liver-specific knockout of Pen2 abolishes metformin-mediated reduction of hepatic fat content, whereas intestine-specific knockout of Pen2 impairs its glucose-lowering effects. Furthermore, knockdown of pen-2 in Caenorhabditis elegans abrogates metformin-induced extension of lifespan. Together, these findings reveal that metformin binds PEN2 and initiates a signalling route that intersects, through ATP6AP1, the lysosomal glucose-sensing pathway for AMPK activation. This ensures that metformin exerts its therapeutic benefits in patients without substantial adverse effects.
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