Ключевой фактор биогенеза митохондрий PGC-1α при физиологических и патологических состояниях

В данном обзоре представлен анализ функциональной активности коактиватора (PGC-1α) гамма-рецептора, активируемого пролифератором пероксисом (PPAR), как при физиологическом функционировании организма, так и при различных патологических состояниях. PGC-1α представляет собой многофункциональный регуляторный фактор, который управляет всеми процессами жизненного цикла митохондрий, включая биогенез, деление, слияние и митофагию, повышает экспрессию широкого спектра генов и участвует в развитии многих заболеваний, таких как рак, болезни сердца и сердечно-сосудистой системы, неврологические расстройства, болезни почек, опорно-двигательной системы, нарушения обмена веществ. Цель. Обобщить результаты современных научных исследований о роли PGC-1α при физиологических и патологических состояниях. Материал и методы. В описательном обзоре литературы представлен анализ научных исследований функциональной активности PGC-1α, опубликованных в отечественных и зарубежных базах данных в период с 2001 по 2024 г. Обсуждение. Анализ литературы показал, что PGC-1α весьма универсален и способен увеличивать транскрипционную активность многих семейств ядерных рецепторов и других факторов транскрипции. PPAR (PPAR-α, PPAR-δ и PPAR-γ) относятся к семейству ядерных рецепторов, все они подвергаются коактивации, транскрипции с помощью PGC-1α, PPAR-γ, необходимых для адипогенеза и дифференцировки, в то время как PPAR-α и PPAR-δ играют важную роль в контроле окисления жирных кислот.

1. Rius-Pérez S., Torres-Cuevas I., Millán I. et al. PGC-1α, Inflammation, and Oxidative Stress: An Integrative View in Metabolism. Oxid. Med. Cell. Longev . 2020;2020:1–20. DOI: 10.1155/2020/1452696

2. Liang H., Ward W.F. PGC-1alpha: a key regulator of energy metabolism. Adv. Physiol. Educ . 2006;30(4):145–51. DOI: 10.1152/advan.00052.2006. PMID: 17108241

3. Rius-Pérez S., Torres-Cuevas I., Millán I. et al. PGC-1α, Inflammation, and Oxidative Stress: An Integrative View in Metabolism. Oxid. Med. Cell. Longev . 2020;2020:1–20. DOI: 10.1155/2020/1452696

4. Попов Д.В. Адаптация скелетной мышцы к сократительной активности различной длительности и интенсивности: роль PGC1 α. Биохимия. 2018;83(6):781–799. [Popov D.V. Adaptation of skeletal muscle to contractile activity of varying duration and intensity: the role of PGC1α. Biochemistry. 2018:83(6):781–799. (In Russian)]. DOI: 10.1134/S0006297918060019

5. Schafer M.J., White T.A., Evans G. et al. Exercise Prevents Diet-Induced Cellular Senescence in Adipose Tissue. Diabetes . 2016;65(6):1606–15. DOI: 10.2337/db15-0291

6. Handschin C., Spiegelman B.M. The role of exercise and PGC1alpha in infl ammation and chronic disease. Nature . 2008;454(7203):463–9. DOI: 10.1038/nature07206

7. Попов Д.В., Лысенко Е.А., Кузьмин И.В. и др. Регуляция экспрессии изоформ PGC-1α в скелетных мышцах. Acta Naturae . 2015;7(1):48–59. [Popov D.V., Lysenko E.A., Kuzmin I.V. et al. Regulation of PGC-1 α isoform expression in skeletal muscles. Acta Naturae . 2015;7(1):48–59. (In Russian)]. DOI: 10.32607/207582512015-7-1-48-59

8. Chen M., Yan R., Luo J. et al. The Role of PGC-1α-Mediated Mitochondrial Biogenesis in Neurons. Neurochem. Res . 2023;48(9):25952606. DOI: 10.1007/s11064-023-03934-8.

9. Sousa N.S, Brás M.F., Antunes I.B. et al. Aging disrupts MANF-mediated immune modulation during skeletal muscle regeneration. Nat Aging. 2023;3(5):585-599. DOI: 10.1038/s43587-023-00382-5. Epub 2023 Mar 23. PMID: 37118549

10. Wenz T., Rossi S. G., Rotundo R. L. et al. Increased muscle PGC-1α expression protects from sarcopenia and metabolic disease during aging. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2009;106(50):20405–20410. DOI: 10.1073/pnas.0911570106

11. Summermatter S., Baum O., Santos G. et al. Peroxisome proliferator-activated receptor {gamma} coactivator 1{alpha} (PGC-1{alpha}) promotes skeletal muscle lipid refueling in vivo by activating de novo lipogenesis and the pentose phosphate pathway. J. Biol. Chem . 2010;285(43):32793–32800. DOI: 10.1074/jbc.M110.145995. Epub 2010 Aug 17. PMID: 20716531; PMCID: PMC2963391

12. Michael L.F., Wu Z., Cheatham R.B. et al. Restoration of insulin-sensitive glucose transporter (GLUT4) gene expression in muscle cells by the transcriptional coactivator PGC-1. Proc. Natl. Acad. Sci. USA . 2001;98(7):3820–5. doi: 10.1073/pnas.061035098

13. in J., Wu H., Tarr P.T. et al. Transcriptional co-activator PGC-1 alpha drives the formation of slow-twitch muscle fi bres. Nature . 2002; 418(6899):797–801. DOI: 10.1038/nature00904. PMID: 12181572

14. Jessica Dee Paynes, Alina Wendt, Oscar Ramirez-Molina, et al. Decoding the role of PGC-1a in neurological disorders: from mitochondrial dysfunction to synaptic insuffi ciency. Neural Regeneration. 2022;17(2):237–245. DOI: 10.4103/1673-5374.317957

15. Wessam H. Elesawy, Ayman E. El-Sahar, Rabab H. Sayed et al. Repurposing ezetimibe as a neuroprotective agent in a rotenone-induced Parkinson’s disease model in rats: Role of AMPK/SIRT-1/ PGC-1α signaling and autophagy. International Immunopharmacology. 2024;138:112640. DOI: 10.1016/j.intimp.2024.112640

16. Dhiman S., Mannan A., Taneja A. et al. Sirtuin dysregulation in Parkinson’s disease: Implications of acetylation and deacetylation processes. Life Sciences. 2024:342. DOI: 10.1016/j.lfs.2024.122537

17. Laura J. McMeekin, Stephanie N. Fox, Stephanie M. Boas et al. Dysregulation of PGC-1α-Dependent Transcriptional Programs in Neurological and Developmental Disorders: Therapeutic Challenges and Opportunities. Cells . 2022;10(2):352. DOI: 10.3390/cells10020352

18. Piccinin E., Sardanelli AM., Seibel P. et al. PGC-1s in the Spotlight with Parkinson’s Disease. International Journal of Molecular Sciences. 202;22(7):3487. DOI: 10.3390/ijms22073487

19. Jens Frey Halling, Henrietta Pilegaard. PGC-1a-mediated regulation of mitochondrial function and physiological consequences. Appl. Physiol. Nutr. Metab . 2020;45(9):927–936. DOI: 10.1139/apnm-2020-0005

20. Oka S.I., Sabry A.D., Cawley K.M. et al. Multiple Levels of PGC-1α Dysregulation in Heart Failure. Front. Cardiovasc. Med . 2020;7:2. DOI: 10.3389/fcvm.2020.00002

21. Bhat S., Chin A., Shirakabe A. et al. Recruitment of RNA Polymerase II to Metabolic Gene Promoters Is Inhibited in the Failing Heart Possibly Through PGC-1α (Peroxisome Proliferator-Activated Receptor-γ Coactivator-1α) Dysregulation. Circulation: Heart Failure . 2019;12(3):e005529. DOI: 10.1161/CIRCHEARTFAILURE.118.005529

22. Nan Ma., Chengye Xu., Yan Wang. et al. Telomerase reverse transcriptase protects against diabetic kidney disease by promoting AMPK/PGC-1a-regulated mitochondrial energy homeostasis. Chemico-Biological Interactions . 2024;1:403:111238. DOI: 10.1016/j.cbi.2024.111238

23. Arno R. Bourgonje, Arno R. Bourgonje, Arno R. Bourgonje et al. Oxidative Stress and Redox-Modulating Therapeutics in Inflammatory Bowel Disease. Trends Mol. Med . 2020;26(11):1034–1046. DOI: 10.1016/j.molmed.2020.06.006

24. Söderholm J.D., Olaison G., Peterson K.H., et al. Augmented increase in tight junction permeability by luminal stimuli in the non-inflamed ileum of Crohn’s disease. Gut . 2002;50(3):307–13. DOI: 10.1136/gut.50.3.307

25. Чернявский Д.А., Галкин И.И., Павлюченкова А.Н. и др. Роль митохондрий в нарушении барьерной функции кишечного эпителия при воспалительных заболеваниях кишечника. Молекулярная биология. 2023;57(6):1028–1042. [Chernyavsky D., Galkin I.I., Pavlyuchenkova A.N. et al. The role of mitochondria in disruption of the barrier function of the intestinal epithelium in infl ammatory bowel diseases. Molecular biology. 2023;57(6):1028–1042. (In Russian)]. DOI: 10.31857/S0026898423060058

26. Wang S.F., Tseng L.M., Lee H.C. Role of mitochondrial alterations in human cancer progression and cancer immunity. J. Biomed. Sci . 2023;30(1):61. DOI: 10.1186/s12929-023-00956-w. PMID: 37525297; PMCID: PMC10392014

27. Расин М.С. Рецепторы, активируемые пролифераторами пероксисом, и их коактиватор PGC-1α в физиологии и патологии миокарда. Российский кардиологический журнал. 2014;11(115): 88–92. [Racine M.S. Receptors activated by peroxisome proliferators and their coactivator PGC-1α in the physiology and pathology of the myocardium. Russian Journal of Cardiology. 2014;11(115):88–92. (In Russian)]. DOI: 10.15829/1560-40712014-11-88-92

28. Куликова Т.Г., Степанова О.В., Воронова А.Д. и др. Патологическое ремоделирование миокарда при хронической сердечной недостаточности: роль PGC-1α. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2017;164(12):771–775. [Kulikova T.G., Stepanova O.V., Voronova A.D. et al. Pathological remodeling of the myocardium in chronic heart failure: the role of PGC-1a. Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2017;164(12):771-775. (In Russian)]. DOI: 10.1007/s10517-018-4082-1

29. Жлоба А.А., Субботина Т.Ф., Алексеевская Е.С. и др. Уровень циркулирующего PGC1a при сердечно-сосудистых заболеваниях. Биомедицинская химия. 2016;62(2):198–205. [Zhloba A.A., Subbotina T.F., Alekseevskaya E.S. et al. Circulating PGC1a levels in cardiovascular diseases. Biomedical Chemistry. 2016;62(2):198205. (In Russian)]. DOI: 10.18097/PBMC20166202198

30. Yuqing She, Mei Yu, Liang Wang et al. Emerging Protective Actions of PGC-1α in Diabetic Nephropathy. Oxidative Medicine and Cellular Longevity. 2022:6580195. DOI: 10.1155/2022/6580195

31. Josephine M. Forbes, David R. Thorburn. Mitochondrial dysfunction in diabetic kidney disease. Nat. Rev. Nephrol . 2018;14(5):291–312. DOI: 10.1038/nrneph.2018.9

32. Jue-Long Wang, Chin-Wang Chen, Mu-Rou Tsai, et al. Antifi brotic role of PGC-1α-siRNA against TGF-β1-induced renal interstitial fi brosis. Exp. Cell Res . 2018;370(1):160–167. DOI: 10.1016/j.yexcr.2018.06.016

33. Bao Q., Wang A., Hong W. et al. The c-Abl-RACK1-FAK signaling axis promotes renal fi brosis in mice through regulating fi broblastmyofi broblast transition. Cell Commun. Signal . 2024;22(1):247. DOI: 10.1186/s12964-024-01603-z

34. Власова В.В., Шмагель Н.Г. Содержание PGC-1α в различных субпопуляциях CD4+Т-лимфоцитов человека. Российский иммунологический журнал. 2020;23(2):115–118. [Vlasova V.V., Shmagel N.G. The content of PGC-1a in various subpopulations of human CD4+T lymphocytes. Russian Journal of Immunology. 2020;23(2):115–118. (In Russian)]. DOI: 10.46235/1028-7221-348PIH

35. Свиридова В.С., Кологривовова Е.Н., Пронинина Н.А. и др. Т-лимфоциты ключевые иммунорегуляторные клетки. Бюллетень сибирской медицины. 2007;6(1):83–87. [Sviridova V.S., Kologrivova E.N., Proninina N.A. et al. T-lymphocytes are key immunoregulatory cells. Bulletin of Siberian medicine. 2007;6(1):8387. (In Russian)]. DOI: 10.20538/1682-0363-2007-1-83-87