2-Deoxyglucose drives plasticity via an adaptive ER stress-ATF4 pathway and elicits stroke recovery and Alzheimer’s resilience

ATF4 蛋白质稳态 神经可塑性 内分泌学 转录因子 未折叠蛋白反应 内科学 突触可塑性 生物 痴呆 神经科学 细胞生物学 医学 疾病 生物化学 基因 内质网 受体
作者
Amit Kumar,Saravanan S. Karuppagounder,Yingxin Chen,Carlo Corona,Riki Kawaguchi,Yuyan Cheng,Mustafa Balkaya,Botir T. Sagdullaev,Zhexing Wen,C. A. Stuart,Sunghee Cho,Guo‐li Ming,Jürgen Tuvikene,Tõnis Timmusk,Daniel H. Geschwind,Rajiv R. Ratan
出处
期刊:Neuron [Cell Press]
卷期号:111 (18): 2831-2846.e10 被引量:27
标识
DOI:10.1016/j.neuron.2023.06.013
摘要

Intermittent fasting (IF) is a diet with salutary effects on cognitive aging, Alzheimer's disease (AD), and stroke. IF restricts a number of nutrient components, including glucose. 2-deoxyglucose (2-DG), a glucose analog, can be used to mimic glucose restriction. 2-DG induced transcription of the pro-plasticity factor, Bdnf, in the brain without ketosis. Accordingly, 2-DG enhanced memory in an AD model (5xFAD) and functional recovery in an ischemic stroke model. 2-DG increased Bdnf transcription via reduced N-linked glycosylation, consequent ER stress, and activity of ATF4 at an enhancer of the Bdnf gene, as well as other regulatory regions of plasticity/regeneration (e.g., Creb5, Cdc42bpa, Ppp3cc, and Atf3) genes. These findings demonstrate an unrecognized role for N-linked glycosylation as an adaptive sensor to reduced glucose availability. They further demonstrate that ER stress induced by 2-DG can, in the absence of ketosis, lead to the transcription of genes involved in plasticity and cognitive resilience as well as proteostasis.
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