Amino acid catabolism regulates hematopoietic stem cell proteostasis via a GCN2-eIF2α axis

蛋白质稳态 生物 分解代谢 细胞生物学 氧化磷酸化 生物化学 线粒体 造血 干细胞 新陈代谢
作者
Changzheng Li,Binghuo Wu,Yishan Li,Jie Chen,Zhitao Ye,Xiaobin Tian,Jin Wang,Xi Xu,Shuai Pan,Yucan Zheng,Xiongwei Cai,Linjia Jiang,Meng Zhao
出处
期刊:Cell Stem Cell [Elsevier BV]
卷期号:29 (7): 1119-1134.e7 被引量:90
标识
DOI:10.1016/j.stem.2022.06.004
摘要

Summary

Hematopoietic stem cells (HSCs) adapt their metabolism to maintenance and proliferation; however, the mechanism remains incompletely understood. Here, we demonstrated that homeostatic HSCs exhibited high amino acid (AA) catabolism to reduce cellular AA levels, which activated the GCN2-eIF2α axis, a protein synthesis inhibitory checkpoint to restrain protein synthesis for maintenance. Furthermore, upon proliferation conditions, HSCs enhanced mitochondrial oxidative phosphorylation (OXPHOS) for higher energy production but decreased AA catabolism to accumulate cellular AAs, which inactivated the GCN2-eIF2α axis to increase protein synthesis and coupled with proteotoxic stress. Importantly, GCN2 deletion impaired HSC function in repopulation and regeneration. Mechanistically, GCN2 maintained proteostasis and inhibited Src-mediated AKT activation to repress mitochondrial OXPHOS in HSCs. Moreover, the glycolytic metabolite, NAD+ precursor nicotinamide riboside (NR), accelerated AA catabolism to activate GCN2 and sustain the long-term function of HSCs. Overall, our study uncovered direct links between metabolic alterations and translation control in HSCs during homeostasis and proliferation.
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