The promiscuous enzyme medium-chain 3-keto-acyl-CoA thiolase triggers a vicious cycle in fatty-acid beta-oxidation
Notice bibliographique
Résumé
Mitochondrial fatty-acid beta-oxidation (mFAO) plays a central role in mammalian energy metabolism. Multiple severe diseases are associated with defects in this pathway. Its kinetic structure is characterized by a complex wiring of which the functional implications have hardly been explored. Repetitive cycles of reversible reactions, each cycle shortening the fatty acid by two carbon atoms, evoke competition between intermediates of different chain lengths for a common set of 'promiscuous' enzymes (enzymes with activity towards multiple substrates). In our validated kinetic model of the pathway, substrate overload causes a steep and detrimental flux decline. Here, we unravel the underlying mechanism and the role of enzyme promiscuity in it. Comparison of alternative model versions elucidated the role of promiscuity of individual enzymes. Promiscuity of the last enzyme of the pathway, medium-chain ketoacyl-CoA thiolase (MCKAT), was both necessary and sufficient to elicit the flux decline. Subsequently, Metabolic Control Analysis revealed that MCKAT had insufficient capacity to cope with high substrate influx. Next, we quantified the internal metabolic regulation, revealing a vicious cycle around MCKAT. Upon substrate overload, MCKAT's ketoacyl-CoA substrates started to accumulate. The unfavourable equilibrium constant of the preceding enzyme, medium/short-chain hydroxyacyl-CoA dehydrogenase, worked as an amplifier, leading to accumulation of upstream CoA esters, including acyl-CoA esters. These acyl-CoA esters are at the same time products of MCKAT and inhibited its already low activity further. Finally, the accumulation of CoA esters led to a sequestration of free CoA. CoA being a cofactor for MCKAT, its sequestration limited the MCKAT activity even further, thus completing the vicious cycle. Since CoA is also a substrate for distant enzymes, it efficiently communicated the 'traffic jam' at MCKAT to the entire pathway. This novel mechanism provides a basis to explore the role of mFAO in disease and elucidate similar principles in other pathways of lipid metabolism.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
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Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
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score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».