Astrocytic mitochondrial ROS modulate brain metabolism and mouse behaviour

线粒体 细胞生物学 生物 活性氧 线粒体ROS 糖酵解 线粒体呼吸链 磷酸戊糖途径 氧化磷酸化 生物化学 呼吸链 新陈代谢
作者
Carlos Vicente‐Gutiérrez,Nicoló Bonora,Verónica Bobo-Jiménez,Daniel Jiménez-Blasco,Irene López-Fabuel,Emilio Fernández,Charlène Joséphine,Gilles Bonvento,José Antonio Enrı́quez,Ángeles Almeida,Juan P. Bolaños
出处
期刊:Nature metabolism [Nature Portfolio]
卷期号:1 (2): 201-211 被引量:185
标识
DOI:10.1038/s42255-018-0031-6
摘要

To satisfy its high energetic demand1, the brain depends on the metabolic cooperation of various cell types2-4. For example, astrocytic-derived lactate sustains memory consolidation5 by serving both as an oxidizable energetic substrate for neurons6 and as a signalling molecule7,8. Astrocytes and neurons also differ in the regulation of glycolytic enzymes9 and in the organization of their mitochondrial respiratory chain10. Unlike neurons, astrocytes rely on glycolysis for energy generation9 and, as a consequence, have a loosely assembled mitochondrial respiratory chain that is associated with a higher generation of mitochondrial reactive oxygen species (ROS)10. However, whether this abundant natural source of mitochondrial ROS in astrocytes fulfils a specific physiological role is unknown. Here we show that astrocytic mitochondrial ROS are physiological regulators of brain metabolism and neuronal function. We generated mice that inducibly overexpress mitochondrial-tagged catalase in astrocytes and show that this overexpression decreases mitochondrial ROS production in these cells during adulthood. Transcriptomic, metabolomic, biochemical, immunohistochemical and behavioural analysis of these mice revealed alterations in brain redox, carbohydrate, lipid and amino acid metabolic pathways associated with altered neuronal function and mouse behaviour. We found that astrocytic mitochondrial ROS regulate glucose utilization via the pentose-phosphate pathway and glutathione metabolism, which modulates the redox status and potentially the survival of neurons. Our data provide further molecular insight into the metabolic cooperation between astrocytes and neurons and demonstrate that mitochondrial ROS are important regulators of organismal physiology in vivo.
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