Acetylation and Autophagy Autophagy allows cells to digest their own components when necessary to survive stressful conditions. Lin et al. (p. 477) and Yi et al. (p. 474) describe signaling mechanisms in mammalian cells and yeast, respectively, by which autophagy is regulated by protein acetylation. In mammalian cells deprived of serum, the acetyltransferase TIP60 was activated by phosphorylation by the protein kinase GSK3 (glycogen synthase kinase 3). TIP60's target appeared to be a protein kinase central to autophagy regulation, ULK1. This activating pathway was required for autophagy in the absence of serum, but was not needed for autophagy in cells deprived of glucose. In the yeast Saccharomyces cerevisiae starved of nitrogen, another acetylation mechanism was uncovered. Starvation led to activation of the histone acetyltransferase Esa1, which acetylated the protein Atg3, a key component of the autophagy machinery, thus increasing its interaction with another autophagy protein, Atg8.

Abstract The shift of carbon utilization from primarily glucose to other nutrients is a fundamental metabolic adaptation to cope with decreased blood glucose levels and the consequent decline in glucose oxidation. AMP-activated protein kinase (AMPK) plays crucial roles in this metabolic adaptation. However, the underlying mechanism is not fully understood. Here, we show that PDZ domain containing 8 (PDZD8), which we identify as a new substrate of AMPK activated in low glucose, is required for the low glucose-promoted glutaminolysis. AMPK phosphorylates PDZD8 at threonine 527 (T527) and promotes the interaction of PDZD8 with and activation of glutaminase 1 (GLS1), a rate-limiting enzyme of glutaminolysis. In vivo, the AMPK-PDZD8-GLS1 axis is required for the enhancement of glutaminolysis as tested in the skeletal muscle tissues, which occurs earlier than the increase in fatty acid utilization during fasting. The enhanced glutaminolysis is also observed in macrophages in low glucose or under acute lipopolysaccharide (LPS) treatment. Consistent with a requirement of heightened glutaminolysis, the PDZD8-T527A mutation dampens the secretion of pro-inflammatory cytokines in macrophages in mice treated with LPS. Together, we have revealed an AMPK-PDZD8-GLS1 axis that promotes glutaminolysis ahead of increased fatty acid utilization under glucose shortage.

Abstract In this study, we generated self-assembly cardiac organoids (COs) from human pluripotent stem cells by dual-phase modulation of Wnt/β-catenin pathway, utilizing CHIR99021 and IWR-1-endo. The resulting COs exhibited a diverse array of cardiac-specific cell lineages, cardiac cavity-like structures and demonstrated the capacity of spontaneous beating and vascularization in vitro . We further employed these complex and functional COs to replicate conditions akin to human myocardial infarction and SARS-CoV-2 induced fibrosis. These models accurately captured the pathological characteristics of these diseases, in both in vitro and in vivo settings. In addition, we transplanted the COs into NOD SCID mice and observed that they survived and exhibited ongoing expansion in vivo. Impressively, over a span of 75-day transplantation, these COs not only established blood vessel-like structures but also integrated with the host mice’s vascular system. It is noteworthy that these COs developed to a size of approximately 8 mm in diameter, slightly surpassing the dimensions of the mouse heart. This innovative research highlighted the potential of our COs as a promising avenue for cardiovascular research and therapeutic exploration.

Introduction: Anxiety and depression are recognized as adaptive responses to external stressors in organisms. Current methods for evaluating anxiety and depression in rodents are both burdensome and stressful. The objective of this investigation is to explore a simplified methodology for identifying stress-induced and stress-free states, as well as anxiety and depression levels, by analyzing the movement patterns of rodents. Methods: To address this issue, we utilized Levy statistics to examine the movement patterns of stressed rodents and compared them to non-stressed controls. We employed the two-dimensional Kolmogorov-Smirnov test to identify significant differences in the γ and μ parameters derived from Levy flight (LF) between anxiety, depression, and control mice. Additionally, we employed the support vector machine algorithm to optimize the classification of each group. Results: Our analysis revealed that stressed mice displayed heavy-tailed distributions of movement velocity in open fields, resembling the movement patterns observed in animal predators searching for scarce food sources in nature. In contrast, non-stressed mice exhibited a normal distribution of speed. Notably, the effectiveness of this methodology in the field of drug discovery was confirmed by the response of stressed mice to fluoxetine, a well-established selective serotonin reuptake inhibitor (SSRI). Conclusion: This study unveils a previously unidentified statistical walking pattern in mice experiencing anxiety and depression. These findings offer a novel and accessible approach for distinguishing between anxiety, depression, and healthy mice. This method provides a one-step gentle approach (free walk in an open field) instead of the traditional multi-step stressful tests.

The shift of carbon utilisation from glucose to other nutrients is a fundamental metabolic adaptation to cope with the decreased glucose oxidation during fasting or starvation 1 . AMP-activated protein kinase (AMPK) plays crucial roles in manifesting physiological benefits accompanying glucose starvation or calorie restriction 2 . However, the underlying mechanisms are unclear. Here, we show that low glucose-induced activation of AMPK plays a decisive role in the shift of carbon utilisation from glucose to glutamine. We demonstrate that endoplasmic reticulum (ER)-localised PDZD8, which we identify to be a new substrate of AMPK, is required for the glucose starvation-promoted glutaminolysis. AMPK phosphorylates PDZD8 at threonine 527 (T527), and promotes it to interact with and activate the mitochondrial glutaminase 1 (GLS1), a rate-limiting enzyme of glutaminolysis 3–5 , and as a result the ER-mitochondria contact is strengthened. In vivo, PDZD8 enhances glutaminolysis, and triggers mitohormesis that is required for extension of lifespan and healthspan in Caenorhabditis elegans subjected to glucose starvation or caloric restriction. Muscle-specific re-introduction of wildtype PDZD8, but not the AMPK-unphosphorylable PDZD8-T527A mutant, to PDZD8 −/− mice is able to rescue the increase of glutaminolysis, and the rejuvenating effects of caloric restriction in aged mice, including grip strength and running capacity. Together, these findings reveal an AMPK-PDZD8-GLS1 axis that promotes glutaminolysis and executes the anti-ageing effects of calorie restriction by promoting inter-organelle crosstalk between ER and mitochondria.

Abstract Accumulating evidences indicate that acetate is increased in energy stresses such as diabetes mellitus and prolonged starvation. However, it is largely unknown how and where acetate is produced and what is its biological significance. We observed overproduction of acetate in an amount comparable to ketone bodies in patients and mice with diabetes or starvation. Mechanistically, ACOT 12&8 are dramatically upregulated in liver to convert FFA-derived acetyl-CoA to acetate and CoA. This conversion not only provides large amount of acetate which fuels brain preferentially rather than muscle, but also recycles CoA which is required for sustained fatty acid oxidation and ketogenesis. Taken together, we suggest that acetate is an emerging novel “ketone body” and may be used as a parameter to evaluate the progression of energy stress in the future.