A positive feedback inhibition of isocitrate dehydrogenase 3β on paired-box gene 6 promotes Alzheimer-like pathology

6号乘客 神经退行性变 异柠檬酸脱氢酶 转基因小鼠 生物 氧化磷酸化 高磷酸化 基因敲除 转基因 转录因子 磷酸化 细胞生物学 内科学 生物化学 医学 基因 疾病
作者
Xin Wang,Qian Liu,Huan Yu,Junbo Xie,Junning Zhao,Zhengwu Fang,Min Qu,Yao Zhang,Ying Yang,Jian‐Zhi Wang
出处
期刊:Signal Transduction and Targeted Therapy [Springer Nature]
卷期号:9 (1)
标识
DOI:10.1038/s41392-024-01812-5
摘要

Abstract Impaired brain glucose metabolism is an early indicator of Alzheimer’s disease (AD); however, the fundamental mechanism is unknown. In this study, we found a substantial decline in isocitrate dehydrogenase 3β (IDH3β) levels, a critical tricarboxylic acid cycle enzyme, in AD patients and AD-transgenic mice’s brains. Further investigations demonstrated that the knockdown of IDH3β induced oxidation-phosphorylation uncoupling, leading to reduced energy metabolism and lactate accumulation. The resulting increased lactate, a source of lactyl, was found to promote histone lactylation, thereby enhancing the expression of paired-box gene 6 (PAX6). As an inhibitory transcription factor of IDH3β, the elevated PAX6 in turn inhibited the expression of IDH3β, leading to tau hyperphosphorylation, synapse impairment, and learning and memory deficits resembling those seen in AD. In AD-transgenic mice, upregulating IDH3β and downregulating PAX6 were found to improve cognitive functioning and reverse AD-like pathologies. Collectively, our data suggest that impaired oxidative phosphorylation accelerates AD progression via a positive feedback inhibition loop of IDH3β-lactate-PAX6-IDH3β. Breaking this loop by upregulating IDH3β or downregulating PAX6 attenuates AD neurodegeneration and cognitive impairments.
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