AMPK Regulates ER Morphology and Function in Stressed Pancreatic β-Cells via Phosphorylation of DRP1

线粒体分裂 细胞生物学 安普克 生物 未折叠蛋白反应 脂毒性 磷酸化 内质网 线粒体 蛋白激酶A 内分泌学 胰岛素 胰岛素抵抗
作者
Jakob D. Wikström,Tal Israeli,Etty Bachar-Wikström,Avital Swisa,Yafa Ariav,Meytal Waiss,Daniel Kaganovich,Yuval Dor,Erol Cerasi,Gil Leibowitz
出处
期刊:Molecular Endocrinology [Oxford University Press]
卷期号:27 (10): 1706-1723 被引量:119
标识
DOI:10.1210/me.2013-1109
摘要

Experimental lipotoxicity constitutes a model for β-cell demise induced by metabolic stress in obesity and type 2 diabetes. Fatty acid excess induces endoplasmic reticulum (ER) stress, which is accompanied by ER morphological changes whose mechanisms and relevance are unknown. We found that the GTPase dynamin-related protein 1 (DRP1), a key regulator of mitochondrial fission, is an ER resident regulating ER morphology in stressed β-cells. Inhibition of DRP1 activity using a GTP hydrolysis-defective mutant (Ad-K38A) attenuated fatty acid-induced ER expansion and mitochondrial fission. Strikingly, stimulating the key energy-sensor AMP-activated protein kinase (AMPK) increased the phosphorylation at the anti-fission site Serine 637 and largely prevented the alterations in ER and mitochondrial morphology. Expression of a DRP1 mutant resistant to phosphorylation at this position partially prevented the recovery of ER and mitochondrial morphology by AMPK. Fatty acid-induced ER enlargement was associated with proinsulin retention in the ER, together with increased proinsulin/insulin ratio. Stimulation of AMPK prevented these alterations, as well as mitochondrial fragmentation and apoptosis. In summary, DRP1 regulation by AMPK delineates a novel pathway controlling ER and mitochondrial morphology, thereby modulating the response of β-cells to metabolic stress. DRP1 may thus function as a node integrating signals from stress regulators, such as AMPK, to coordinate organelle shape and function.
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