Reductive glutamine metabolism by IDH1 mediates lipogenesis under hypoxia

柠檬酸循环 脂肪生成 生物化学 谷氨酰胺 ATP柠檬酸裂解酶 脂肪酸合成 新陈代谢 乙酰辅酶A 生物 糖酵解 脂质代谢 柠檬酸合酶 脂肪酸 氨基酸
作者
Christian M. Metallo,Paulo A. Gameiro,Eric L. Bell,Katherine Mattaini,Juanjuan Yang,Karsten Hiller,Christopher M. Jewell,Zachary Johnson,Darrell J. Irvine,Leonard Guarente,Joanne K. Kelleher,Matthew G. Vander Heiden,Othon Iliopoulos,Gregory Stephanopoulos
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:481 (7381): 380-384 被引量:1658
标识
DOI:10.1038/nature10602
摘要

Acetyl coenzyme A (AcCoA) is the central biosynthetic precursor for fatty-acid synthesis and protein acetylation. In the conventional view of mammalian cell metabolism, AcCoA is primarily generated from glucose-derived pyruvate through the citrate shuttle and ATP citrate lyase in the cytosol. However, proliferating cells that exhibit aerobic glycolysis and those exposed to hypoxia convert glucose to lactate at near-stoichiometric levels, directing glucose carbon away from the tricarboxylic acid cycle and fatty-acid synthesis. Although glutamine is consumed at levels exceeding that required for nitrogen biosynthesis, the regulation and use of glutamine metabolism in hypoxic cells is not well understood. Here we show that human cells use reductive metabolism of α-ketoglutarate to synthesize AcCoA for lipid synthesis. This isocitrate dehydrogenase-1 (IDH1)-dependent pathway is active in most cell lines under normal culture conditions, but cells grown under hypoxia rely almost exclusively on the reductive carboxylation of glutamine-derived α-ketoglutarate for de novo lipogenesis. Furthermore, renal cell lines deficient in the von Hippel-Lindau tumour suppressor protein preferentially use reductive glutamine metabolism for lipid biosynthesis even at normal oxygen levels. These results identify a critical role for oxygen in regulating carbon use to produce AcCoA and support lipid synthesis in mammalian cells.
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