Regulation des Katabolismus von verzweigtkettigen Aminosäuren durch die lange nicht-kodierende RNA mito-lnc

Abstract

Die funktionelle Analyse von langen, nicht-kodierenden RNAs (lncRNAs) und ihrer Rolle bei der Regulation der metabolischen Homöostase liefern bedeutsame Einblicke in diverse metabolische Regelkreise. Die vorliegende Arbeit beschreibt eine lncRNA namens mito-lnc, welche direkt in die Regulation des essentiellen, verzweigtkettigen Aminosäure (branched chain amino acid; BCAA) Metabolismus involviert ist und daher eine wichtige Funktion bei der Aufrechterhaltung der metabolischen Homöostase hat. Die Gruppe der BCAAs umfasst die drei Aminosäuren Valin, Leucin und Isoleucin, deren Katabolismus eine essentielle Rolle im humanen Stoffwechsel spielt. Die ersten beiden Schritte des Katabolismusweges der BCAAs sind für alle drei Aminosäuren gleich. Zuerst erfolgt der Transaminaseschritt über die branched chain amino acid transaminase 2 (BCAT2). Die entstehendenden Ketoazide werden dann vom branched chain ketoacid dehydrogenase (BCKD) Komplex dehydrogenisiert. Der BCKD Komplex ist das Schlüsselenzym bei der Regulation des katabolischen BCAA Fluxes. Mutationen des BCKD Komplexes gehen einher mit schwerwiegenden, oft tödlich verlaufenden Erkrankungen, wie der Ahornsirupkrankheit (Maple syrup urine disease; MSUD). Wir konnten zeigen, dass die mitochondriell lokalisierte lncRNA mito-lnc mit dem BCKD Komplex interagiert und den katabolischen BCAA Flux reguliert. Molekularbiologische Interaktionsstudien bestätigen die alpha-Untereinheit der BCKDH als direkten Interaktionspartner für mito-lnc. Die in vivo Deletion des genomischen Lokus von mito-lnc in der Maus führt schließlich zu einer Verringerung der Aktivität des BCKD Komplexes im Herzen der KO-Mäuse und resultiert in der Akkumulation freier BCAAs im Gewebe. Zusätzlich entwickeln die mito-lnc KO-Mäuse weitere Störungen im kardialen Stoffwechsel. Mechanistisch konnten wir zeigen, dass der Verlust von mito-lnc nicht mit einer Veränderung der Zusammensetzung des BCKD Komplexes einhergeht, ebenso konnte eine potentielle Transportfunktion von mito-lnc für dessen Interaktom ausgeschlossen werden. Daher vermuten wir für mito-lnc eine Funktion als putativer allosterischer Aktivator der E1-Untereinheit des BCKD Komplexes. In Folge der BCAA-Akkumulation zeigen die mito-lnc KO-Mäuse eine Aktivierung des mTORC1 Komplexes.Die Aktivierung des mTOR Signalweges resultiert schließlich in der Ausbildung einer kardialen Hypertrophie in den mito-lnc KOMäusen. Die mito-lnc induziert also eine Erhöhung des katabolischen Fluxes der BCAAs und sichert die Aufrechterhaltung der metabolischen Homöostase.