Glutamine catabolism supports amino acid biosynthesis and suppresses the integrated stress response to promote photoreceptor survival

分解代谢 谷氨酰胺 生物合成 氨基酸 生物化学 化学 压力(语言学) 蛋白质分解代谢 细胞生物学 生物 新陈代谢 酶 语言学 哲学
作者
Moloy T. Goswami,Eric Weh,Shubha Subramanya,Katherine M. Weh,Hima Bindu Durumutla,Heather Hager,Nicholas J. Miller,Sraboni Chaudhury,Anthony Andren,Peter Sajjakulnukit,Li Zhang,Cagri G. Besirli,Costas A. Lyssiotis,Thomas J. Wubben
标识
DOI:10.7554/elife.100747
摘要

Photoreceptor loss results in vision loss in many blinding diseases, and metabolic dysfunction underlies photoreceptor degeneration. So, exploiting photoreceptor metabolism is an attractive strategy to prevent vision loss. Yet, the metabolic pathways that maintain photoreceptor health remain largely unknown. Here, we investigated the dependence of photoreceptors on glutamine (Gln) catabolism. Gln is converted to glutamate via glutaminase (GLS), so mice lacking GLS in rod photoreceptors were generated to inhibit Gln catabolism. Loss of GLS produced rapid rod photoreceptor degeneration. In vivo metabolomic methodologies and metabolic supplementation identified Gln catabolism as critical for glutamate and aspartate biosynthesis. Concordant with this amino acid deprivation, the integrated stress response (ISR) was activated with protein synthesis attenuation, and inhibiting the ISR delayed photoreceptor loss. Furthermore, supplementing asparagine, which is synthesized from aspartate, delayed photoreceptor degeneration. Hence, Gln catabolism is integral to photoreceptor health, and these data reveal a novel metabolic axis in these metabolically-demanding neurons.
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