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 Obesity and its detrimental metabolic consequences are commonly recognized as risk factors for impairments in the central nervous system (CNS). However, the direct link between metabolic abnormalities and brain functions during high-fat feeding remains unclear. Here, we show that treatment with probucol, a cholesterol-lowering drug, counteracts the cognitive and social impairments induced by a high-fat diet in mice, while having no effect on mood disorders. Unexpectedly, the beneficial effects of probucol do not result from rectifying obesity or restoring glucose and lipid homeostasis, as evidenced by the lack of change in body weight, blood glucose and serum cholesterol levels. Interestingly, high-fat feeding led to association among the levels of redox factors, including oxidized low-density lipoprotein, glutathione and malondialdehyde, as well as a significant negative correlation between malondialdehyde levels and behavioral performance. Probucol treatment interrupts these linkages and differentially regulates the proteins for the generation of reactive oxygen species and reactive nitrogen species in the brain. These findings prompt a reconsideration of the mechanism of action of probucol, as well as the roles of altered metabolic profiles and free radicals in brain function.

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.

Calorie restriction (CR) is a dietary intervention to promote health and longevity. CR causes various metabolic changes in both the production and circulation of metabolites; however, it remains unclear which of the changed metabolite(s) can account for the physiological benefits of CR. Through metabolomic analysis of metabolites undergoing abundance changes during CR and subsequent functional validation, we found that lithocholic acid (LCA) is the only metabolite that alone can recapitulate the effects of CR, including activation of AMPK and the rejuvenating effects of muscle regeneration, grip strength and running capacity in mice. Interestingly, LCA also activates AMPK and exerts life- and health-extending effects in Caenorhabditis elegans and Drosophila melanogaster, indicating that these animal models are able to transmit the signalling of LCA once administered. Knockout of AMPK abrogates LCA-induced phenotypes, in nematodes and flies, as well as in mice. Together, we have identified that administration of the CR-upregulated metabolite LCA alone can confer anti-ageing benefits to metazoans, in an AMPK-dependent manner.

Lithocholic acid (LCA), accumulated in the body during calorie restriction (CR), can confer administered metazoans with the ability to activate AMP-activated protein kinase (AMPK) and retard ageing. However, how LCA is signalled to activate AMPK and elicit the biological effects is unclear. Here, we show that LCA can enhance sirtuins (SIRTs) to deacetylate and subsequently inhibit vacuolar H+-ATPase (v-ATPase), thereby triggering AMPK activation via the lysosomal glucose-sensing pathway. Through proteomic analysis of SIRT1-coimmunoprecipitated proteins, we identify and validate that TUB like protein 3 (TULP3) is a constitutive component of SIRTs. Surprisingly, we found that TULP3 is an LCA receptor, and that the LCA-bound TULP3 activates SIRTs. The activated SIRTs in turn deacetylate the V1E1 subunit of v-ATPase on K52, K99 and K191 residues. Muscle-specific expression of the 3KR mutant of V1E1, mimicking the deacetylated state, dominantly activates AMPK and rejuvenates muscles in aged mice. Moreover, LCA once administered also activates AMPK and extends lifespan and healthspan in nematodes and flies, depending on the TULP3 homologues tub-1 and ktub, respectively. Our study thus elucidates that LCA triggers the TULP3-sirtuin-v-ATPase- AMPK route to manifest benefits of calorie restriction.