Altering metabolism programs cell identity via NAD+-dependent deacetylation

生物 NAD+激酶 细胞生物学 锡尔图因 转录因子 氧化磷酸化 增强子 乙酰化 组蛋白 西妥因1 生物化学 基因 下调和上调
作者
Robert A. Bone,Molly Lowndes,Silvia Raineri,Alba Redó Riveiro,Sarah Lundregan,Morten Dall,Karolina Sulek,José Alejandro Romero Herrera,Luna Lynge Malzard,Sandra Koigi,Indra Heckenbach,Victor Solis‐Mezarino,Moritz Völker-Albert,Catherine G. Vasilopoulou,Florian Meier,Ala Trusina,Matthias Mann,Michael L. Nielsen,Jonas T. Treebak,Joshua M. Brickman
出处
期刊:The EMBO Journal [Springer Nature]
标识
DOI:10.1038/s44318-025-00417-0
摘要

Abstract Cells change their metabolic profiles in response to underlying gene regulatory networks, but how can alterations in metabolism encode specific transcriptional instructions? Here, we show that forcing a metabolic change in embryonic stem cells (ESCs) promotes a developmental identity that better approximates the inner cell mass (ICM) of the early mammalian blastocyst in cultures. This shift in cellular identity depends on the inhibition of glycolysis and stimulation of oxidative phosphorylation (OXPHOS) triggered by the replacement of d -glucose by d -galactose in ESC media. Enhanced OXPHOS in turn activates NAD + -dependent deacetylases of the Sirtuin family, resulting in the deacetylation of histones and key transcription factors to focus enhancer activity while reducing transcriptional noise, which results in a robustly enhanced ESC phenotype. This exploitation of a NAD + /NADH coenzyme coupled to OXPHOS as a means of programming lineage-specific transcription suggests new paradigms for how cells respond to alterations in their environment, and implies cellular rejuvenation exploits enzymatic activities for simultaneous activation of a discrete enhancer set alongside silencing genome-wide transcriptional noise.

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